mmt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Giáo trình Mạng máy tính

Giới thiệu về môn học

1. Tên gọi [2.548]: Mạng máy tính (Computer Networks) 2. Mô tả

Môn học cho phép sinh viên có những kiến thức cơ bản về mạng máy tính và Inteternet. Môn này khảo sát các đặc tính và cơ chế của mạng từ lớp liên kết (Link Layer) đến lớp ứng dụng (Application Layer) không chỉ định tính mà còn định lượng. Qua môn học này, sinh viên sẽ được làm quen với các kỹ thuật đa truy nhập được sử dụng trong mạng LAN, các phương pháp kết nối mạng LAN, khái niệm về giao thức, các giao thức cơ sở cho mạng Internet như IP, các giao thức định đường, UDP và TCP .v.v.

3. Yêu cầu

• Đã hoàn thành môn học Cơ sở mạng thông tin.

4. Nội dung môn học (60 tiết)

Chương 1. Tổng quan về mạng máy tính 1.1. Giới thiệu

1.1.1. Giới thiệu nội dung môn học

1.1.2. Giới thiệu các tài liệu tham khảo

1.2. Mục đích hình thành mạng máy tính

− Nhu cầu chia sẻ tài nguyên, thông tin và dịch vụ

− Các mô hình tính toán liên quan đến mạng máy tính (mô hình tập trung và phân tán .v.v.)

− Định nghĩa mạng máy tính

− Các ứng dụng của mạng máy tính, ảnh hưởng về mặt xã hội của mạng máy tính và Internet

1.3. Phân loại mạng và kiến trúc vật lý của mạng

1.3.1. Phân loại mạng: LAN, MAN, WAN

1.3.2. Kiến trúc vật lý của mạng

− Khái niệm topology, các topology cơ bản: bus, star, meshed, ring

− Các dạng liên kết trong mạng: đơn công, bán song công, song công

− Các khái niệm về kết nối trong mạng:

Khái niệm chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói

Khái niệm không liên kết (connectionless) và hướng liên kết (connection-oriented)

Kết nối điểm - điểm (point-to-point) và kết nối đa điểm (point-to-multi-point, multipoint-to-multipoint)

1.4. Mô hình tham chiếu và giao thức trên mạng

1.4.1. Tại sao phải phân lớp mạng máy tính?

1.4.2. Khái niệm giao thức (protocol) và khái niệm dịch vụ (service)

1.4.3. Các mô hình tham chiếu cơ bản

− Mô hình OSI

− Mô hình Internet

− So sánh mô hình OSI và mô hình Internet

1.4.4. Các cơ quan chuẩn hoá và quản lý mạng máy tính, mạng Internet: ITU-T, IEEE, IETF và IRTF, IANA và ICANN.

1.5. Một số thí dụ về mạng

1.5.1. Mạng LAN: Ethernet và Wireless LAN

1.5.2. Mạng WAN: X.25, Frame Relay và ATM

1.5.3. Mạng Internet

Chương 2. Mạng LAN và các vấn đề liên quan đến lớp 1 và 2 2.1. Giới thiệu

2.1.1. Vị trí các chức năng của mạng LAN trong mô hình OSI

− Các chức năng lớp vật lý

− Các chức năng lớp liên kết dữ liệu: Truy nhập kênh truyền chung (MAC), chức năng điều khiển các liên kết logic (LLC)

2.1.2. Vần đề chung của mạng LAN:

− Vấn đề chia sẻ kênh truyền chung và điều khiển truy nhập (MAC). Yêu cầu của các cơ chế MAC: tính công bằng, hiệu suất, độ tin cậy

2.2. Nhắc lại một số kiến thức về lý thuyết hàng đợi sẽ được sử dụng trong môn học

Chú ý: Phần này chỉ cần nhắc lại ngắn gọn vì đã được đề cập kỹ càng trong môn Cơ sở mạng thông tin (3.517)

2.2.1. Khái niệm tiến trình tới (arrival process), tiến trình phục vụ (service process) và thông lượng mạng (throughput)

2.2.2. Định lý Little (Little’s law)

2.2.3. Phân bố mũ và tiến trình Markov (Markovian process)

2.2.4. Các kết quả tính toán của hàng đợi M/G/1

2.2.5. Các kết quả tính toán của hàng đợi M/M/1

2.2.6. Các kết quả tính toán của hàng đợi M/D/1

2.3. Phân loại các cơ chế điểu khiển truy nhập

2.3.1. Cơ chế dành sẵn kênh truyền với kỹ thuật điều khiển tập trung (Centralized Reservation Techniques)

− Nguyên tắc chung – Phương pháp hỏi vòng (polling)

− Phương pháp hỏi vòng tập trung (Roll Call Polling)

− Phương pháp hỏi vòng bán tập trung (Hub Polling)

2.3.2. Cơ chế dành sẵn kênh truyền với kỹ thuật điều khiển truy nhập phân tán (Distributed Reservation Techniques)

− Mạng Token Ring: nguyên tắc chung, Token Ring with early token release, đánh giá ưu nhược điểm trong các phương pháp giải phóng thẻ bài.

− Một số thí dụ khác về kỹ thuật điều khiển truy nhập phân tán: Mạng Token Bus (theo chuẩn IEEE 802.4), mạng Slotted Ring, mạng Buffer Insertion Ring

2.3.3. Cơ chế truy nhập ngẫu nhiên (Random Access Techniques)

− Giới thiệu chung về cơ chế truy nhập ngẫu nhiên (chi tiết về các cơ chế truy nhập ngẫu nhiên sẽ được trình bày trong 2.4)

2.4. Các cơ chế truy nhập ngẫu nhiên

2.4.1. Mạng ALOHA

− Nguyên tắc chung

Vấn đề va đập (collision) trong mạng truy nhập ngẫu nhiên

− Đánh giá hiệu năng hoạt động

Thông lượng tối đa của ALOHA

Trễ truyền trung bình (có tính trường hợp xảy ra va đập)

2.4.2. Mạng Slotted ALOHA


− Đánh giá hiệu năng hoạt động

Thông lượng tối đa của ALOHA

Trễ truyền trung bình (có tính trường hợp xảy ra va đập)

2.4.3. Cơ chế cảm nhận sóng mang (carrier sense techniques) trong mạng truy nhập ngẫu nhiên

− Khái niệm đa truy nhập cảm nhận sóng mang CSMA (carrier sense multiple access)

Cơ chế non-persistent CSMA

Cơ chế p-persistent và 1-persistent CSMA

− CSMA với cơ chế phát hiện va đập (collision detection) – CSMA/CD

Cơ chế phát hiện và khắc phục va đập

Thuật toán backoff trong CSMA/CD

Đánh giá thông lượng của CSMA/CD

So sánh hiệu năng của các phương pháp truy nhập ngẫu nhiên

− Giới thiệu về chuẩn Ethernet IEEE 802.3

Cấu trúc khung 802.3

2.4.4. Mạng LAN không dây và chuẩn IEEE 802.11

− Các vấn đề cần xem xét trong môi trường truyền dẫn vô tuyến: suy giảm, flat fading và frequency selective fading, nhiễu giao thoa giữa các ký hiệu. Hiệu ứng đa đường (ISI). Hiện tương shadow fading. Trễ truyền.

− Lớp vật lý của WLAN: CDMA (DSSS và FHSS), hồng ngoại

− Đa truy nhập sử dụng sóng mang với cơ chế tránh va đập (CSMA/CA)

− Dải phổ của WLAN theo chuẩn 802.11a/b/g

2.5. Giao thức ở mức liên kết dữ liệu

2.5.1. Các chức năng cơ bản của giao thức lớp liên kết dữ liệu

2.5.2. Giao thức HDLC (High Data Link Control)

− Cấu trúc khung LLC

− Các chức năng cơ bản

2.5.3. Giao thức LLC (Logical Link Control)

− Cấu trúc khung LLC

− Các chức năng cơ bản

Đánh địa chỉ khung

Truyền thông tin

Đánh số thứ tự

Điều khiển lỗi

2.6. Bài tập

Chương 3. Kết nối mạng ở lớp 2 3.1. Kết nối mạng lớp 2

3.1.1. Địa chỉ lớp 2

− Khái niệm địa chỉ MAC

3.1.2. Một số tính chất của địa chỉ MAC

− Thích hợp trong môi trường quảng bá (broadcast domain)

− Địa chỉ đơn hướng (unicast address)

− Địa chỉ đa hướng (multicast address)

− Địa chỉ quảng bá (broadcast address)

3.1.3. Tại sao phải kết nối mạng lớp 2?

− Hạn chế về độ dài kênh truyền tối đa

− Hạn chế về số trạm

− Hạn chế về tải

3.1.4. Khái niệm cầu nối (bridge)

3.2. Transparent bridge

3.2.1. No-frills bridge

3.2.2. Learning bridge

3.2.3. Thuật toán cây spanning

3.3. Source routing bridge

3.3.1. Pure source routing bridge


− Thuật toán

3.3.2. SR-TB (Source routing to transparent bridging)


− Thuật toán

3.4. So sánh transparent bridge và source routing

3.5. Bài tập

Chương 4. Kết nối mạng Internet (24 tiết) 4.1. Giới thiệu

4.1.1. Tại sao phải kết nối mạng lớp 3?

− Một số nhược điểm của kết nối mạng lớp 2

− Các yêu cầu khi kết nối mạng lớp 3

4.1.2. Định nghĩa và giới thiệu lịch sử phát triển của mạng Internet

− Định nghĩa

− Lịch sử phát triển mạng Internet

4.2. Khái niệm kết nối mạng lớp 3 và mô hình kiến trúc của Internet

4.2.1. Các thuộc tính của Internet

4.2.2. Mô hình kiến trúc

4.2.3. Bộ định tuyến IP (IP router) - Kết nối mạng thông qua bộ định tuyến

4.3. Cấu trúc phân lớp của địa chỉ IP

4.3.1. Cấu trúc và sơ đồ phân lớp địa chỉ IP

4.3.2. Các kiểu địa chỉ của IP

− Địa chỉ localhost

− Địa chỉ đơn hướng (unicast address)

− Địa chỉ đa hướng (multicast address)

− Địa chỉ quảng bá (broadcast address)

− Một số nhược điểm của địa chỉ IP

4.3.3. Khái niệm subnet và supernet

− Subnetting

− Supernetting và CIDR (Classless Interdomain Routing)

− Subnetmask

4.3.4. Một số thí dụ

4.4. Mối liên hệ giữa địa chỉ lớp 2 và địa chỉ lớp 3

4.4.1. Ánh xạ từ địa chỉ Internet vào địa chỉ MAC – Giao thức phân giải địa chỉ ARP (Address Resolution Protocol)

4.4.2. Định địa chỉ IP tại thời điểm khởi động – Giao thức phân giải địa chỉ ngược RARP (Reverse Address Resolution Protocol)

4.5. BOOTSTRAP và DHCP

4.5.1. Nhược điểm của RARP

4.5.2. Giới thiệu về BOOTSTRAP

4.5.3. Tại sao phải đặt cấu hình động?

4.5.4. Gán địa chỉ IP động

4.5.5. DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

4.6. Giao thức IP (Internet Protocol)

4.6.1. Đặc điểm chung của IP

− Mục đích chính khi xây dựng IP

− Mô hình datagram dựa trên kết nối không liên kết (connectionless)

4.6.2. Cấu trúc gói IP và chức năng các trường

− Cấu trúc gói

− Chức năng các trường: TOS, ID, TTL, OPTIONS .v.v.

− Một số giá trị trường PROTOCOL mặc định

− Đóng gói IP vào khung lớp 2, các vấn đề liên quan đến MTU .v.v.

4.7. ICMP (Internet Control Message Protocol)

− Giới thiệu các chức năng của ICMP

− Cấu trúc gói ICMP

4.8. Tên và địa chỉ

4.8.1. Ánh xạ giữa tên và địa chỉ IP

4.8.2. Tên phẳng (flat name) và tên có cấu trúc (hierarchical name)

4.8.3. Internet Domain Name

4.8.4. Giới thiệu hệ thống DNS (Domain Name System) và việc phân giải địa chỉ dựa vào tên

4.9. Tổng quan về định tuyến

4.9.1. Các phương thức gửi gói qua mạng

− Gửi gói trực tiếp (direct delivery)

− Gửi gói gián tiếp (indirect delivery)

4.9.2. Định tuyến qua mạng Internet

− Autonomous system

− Mang lõi (core system) và mạng ngang hàng (peer system)

− Khái niệm bảng định tuyến (routing table)

− Phương pháp định tuyến từng chặng (next-hop routing)

− Tuyến và bộ định tuyến mặc định (default routes and default routers)

4.10. Các mô hình định tuyến theo vector khoảng cách (distance vector routing)

Chú ý: Phần này chỉ tập trung vào các giao thức định tuyến theo phương pháp distance vector, lý thuyết về distance vector routing đã được trình bày kỹ trong môn Cơ sở mạng thông tin (3.517)

4.10.1. Nhắc lại thuật toán định đường Bellman-Ford

4.10.2. Định tuyến tĩnh và định tuyến động

4.10.3. RIP (Routing Information Protocol)

4.11. Các mô hình định tuyến theo đường ngắn nhất (shostest path routing)

Chú ý: Phần này chỉ tập trung vào các giao thức định tuyến theo phương pháp shortest path, lý thuyết về shortest path routing đã được trình bày kỹ trong môn Cơ sở mạng thông tin (3.517)

4.11.1. Nhắc lại thuật toán định đường Dijkstra

4.11.2. OSPF

4.12. UDP (User Datagram Protocol)

4.12.1. Tại sao phải xây dựng một giao thức trao đổi dữ liệu không liên kết ở lớp 4?

4.12.2. Cấu trúc gói UDP

4.12.3. Các chức năng của UDP

4.12.4. Một số địa chỉ cổng UDP mặc định

4.13. TCP (Transmission Control Protocol)

4.13.1. Cơ chế trao đổi số liệu tin cậy trong mạng Internet – TCP

4.13.2. Cấu trúc gói TCP

4.13.3. Các chức năng của TCP

− Cơ chế điều khiển luồng

− Đánh số thứ tự gói

− Quá trình timeout và gửi lại gói

4.13.4. Một số địa chỉ cổng TCP mặc định

4.14. Bài tập

1

Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications

1/2007 Chương 1Chương 1. Tổng quan về MMT

Mục đích hình thành mạng máy tính

Các dịch vụ truyền thông

Ứng dụng

Quá trình phát triển kiến trúc mạng truyền thông

Các kiến trúc vật lý của mạng

Mô hình tham chiếu và các giao thức trên mạng

Một số thí dụ về mạng Internet



• Nhu cầu chia sẻ tài nguyên, thông tin và dịch vụ

• Mô hình tập trung được thay thế bằng mô hình mới: mạng truyền thông

Mục đích hình thành MMT

2



Các dịch vụ truyền thông• Cho phép trao đổi thông tin giũa các user ở các vị trí địa lý khác nhau



3



Ứng dụng• Được xây dựng trên các dịch vụ truyền thông

• E-mail được xây dưng trên dich vụ Internet (realiable stream)



• Web browser được xây dưng trên dich vụ Internet (realiable stream)

4



• Web browser được xây dưng trên dich vụ Internet (realiable stream) và

CPTM (cellular phone text mesaging)



Các ví dụ khác• Peer-to-peer: Chia sẻ file của Napster, Gnuitella, Kazza

• Audio – video streaming

• Network games

• Online purchasing

• Voice-over-Internet

• Video on demand

• IP TV

5



Mạng truyền thông là gì?

• Là tập hợp các thiết bị (hardware và software) và tiện nghi để có thể cung cấpcác dịch vụ truyền thông cơ bản

+ Thiết bị: Routers, servers, switches, multiplexers, hubs, modems, …

+ Tiện nghi: cáp đồng, cáp đồng trục, cápquang, ống dẫn, …

• Ví dụ: Mạng điện thoại, mạng di động, mạng máy tính, Internet, …



• Kiến trúc mạng: Chỉ ra phương thức xây dựng và hoạt động của mạng

• Kiến trúc mạng phụ thuộc dịch vụ mạng

• Kiến trúc mạng chia các quá trình truyền thông trên mạng thành các vùngchức năng gọi là phân lớp (layers)

6



Quá trình phát triển kiến trúc mạng truyền thông

• Telegraph networks

Message switching and digital transmission

• Telephone networks

Circuit switching

Analog transmission -> digital transmission

Mobile communications

• Internet

Packet switching and computer applications

• Next-generation internet

Multi-service packet switching networks



Telegraph networks và message switching

• Electric telegraph

William Sturgeon Electro-magnet (1825): trường điện từ đuợc tạo ra từmiếng lõi sắt quấn dây đồng khi có dòng điện chạy qua

Joseph Henry (1830): Dòng điên chạy trên 1 mile để làm kêu chuông

Samuel Morse (1835): Xung và dòng làm cong miếng nam châm tạo rachấm và gạch, thí nghiệm trên 40 miles

Tín hiệu truyền với vận tốc ánh sáng: ~2x108 m/s trong cáp

7



• Digital communications

Mã Morse biến đổi text message thành chấm và gạch

Sử dụng hệ thống truyền tin thiết kế cho việc truyền chấm và gach



• Electric Telegraph Networks

Chuyển mạch thông báo và cơ chế Store-and-Forward

Địa chỉ hóa, định tuyến, chuyển tiếp

8



• Baudot telegraph multiplexer

Chuyển mạch thông báo và cơ chế Store-and-Forward

Địa chỉ hóa, định tuyến, chuyển tiếp



• Signaling

Cần thiết để thiết lập cuộc gọi

Bell’s telephone (1875)

Telephone networks và circuit switching

• N2 problem

Kết nối trực tiếp N users, cần N(N-1)/2 liên kết

Lãng phí, kích thước cáp lớn

Giải quyết bằng switch

9



• Circuit switching

Phát minh năm 1877

Người điều hành kết nối khi có yêu cầu cuộc goi: cung cấp dòng điện

Chỉ có N kết nối tới tổng đài trung tâm

• Manual switching



• Điều khiển kết nối bằng máy tính

Yêu cầu có hệ thống báo hiệu riêng

Máy tính điều khiển kết nối trong bộ chuyển mạch

Các máy tính trao đổi thông báo báo hiệu để:

Thiết lập kết nối cuộc gọi

Thiết lập các dịch vụ: Caller ID, voice mail, …

10



• Số hóa mạng điện thoại

Tín hiệu thoại PCM (Pulse Code Modulation)

Voice: 8bit/sample x 8000 samples/sec = 64 kbps

Time Division Multiplexing (TDM) cho tín hiệu thoại

Ghép kênh T-1 (1961): 24 voice signal = 1.544 Mbps

Chuyển mạch số (1980s)

Điện thoại số tế bào (1990s)

Truyền số liệu quang (1990s)

Chuyển mạch số, điều khiển số, truyền số liệu,



Computer network và packet switching• Khái quát quá trình phát triển MMT

1950s: Công nghệ điện báo thích ứng với máy tính

1960s: Các thiết bị đầu cuối có thể truy nhập các máy chủ (VD: SABRE)

1907s: Các máy tính kết nối trực tiếp với nhau: ARPANET, TCP/IP, Ethernet LAN

1980s & 1990s: Các ứng dụng khác và mạng Internet ra đời

• Protocol

Đảm bảo yêu cầu trao đổi tin giữa các máy tính theo các quy tắc rõ ràng

Là tập hợp các quy tắc định nghĩa các phiên trao đổi tin

Internet Protocol (IP)

Transmission Control Protocol (TCP)

Hyper Text Transfer Protocol (HTTP)

Simple Mail Transfer Protocol (SMTP)

11



• Medium Access Control (MAC)

Các đường dây truyền thông riêng biệt với chi phí cao

TBĐC phát ra các thông báo rời rạc

Các khung gửi thông báo từ/ tới các TBĐC

Địa chỉ trong Frame header xác định TBĐC

MAC được phát triển nhằm chia sẻ đường truyền

Ví dụ: Giao thức hỏi vòng trong đường truyền



• Multiplexing (MUX)

Cho phép gửi các frame chứa các message đến/ từ nhiều TBĐC

Cơ chế Store-and-Forward Frame

Địa chỉ trong frame header xác đinh TBĐC

Header chứa các thông tin điều khiển khác

12



• Error control protocol

Lỗi đường truyền

Các cơ chế kiểm soát lỗi

Cyclic Redundancy Check (CRC): tính từ Frame header + payload

Header chứa thông tin điều khiển ACK/NAK

Yêu cầu truyền lại khi phát hiện lỗi



• Mạng máy tính

Giá thành máy tính hạ, trong khi mạng TBĐC cồng kềnh, không mềmdẻo

Yêu cầu phát triển MMT

Liên kết các máy tính

Trợ giúp nhiều ứng dụng khác nhau

Ví dụ

File transfer

Program execution trên một máy tính khác

Đa xử lý trên các máy tính khác nhau

13



• Packet switching (PS)

Mạng máy tính phải hỗ trợ các loại ứng dụng khác nhau

Hỗ trợ messaging với độ dài bất kỳ

Low delay trong các ứng dụng tương tác, nhưng trong cơ chế store-and-forward, message lớn sẽ gây trễ

Packet switching đuợc phát triển

Message được chia thành các gói với độ dài xác định

MMT áp dụng cơ chế store-and-forward cho gói tin

Ví dụ: ARPANET mở đường cho các phát minh quan trọng



• ARPANET packet switching

Máy trạm nguồn gửi message

PS nguồn biến đổi message thành các packets

Packets được truyền độc lập trên mạng

PS đích ghép các gói tin thành message và chuyển tới máy trạm đích

14



• ARPANET routing

Định tuyến rất quan trọng trong PS

Không cần thiết lập kết nối trước khi truyền gói tin

Packet header chứa thông tin về địa chỉ nguồn và đích

PS sử dụng bảng định tuyến để xác định địa chỉ của PS tiếp theo

Bảng định tuyến làm việc theo các thuật toán phân tán



• Các giao thức ARPANET khác

Kiểm soát lỗi gói tin giữa 2 PS kề nhau

Điều khiển tắc nghẽn giữa nguồn và đích: giới hạn số lượng packets

Điều khiển luồng giữa các máy trạm để ngăn chặn tràn bộ đệm

PS sử dụng bảng định tuyến để xác định địa chỉ của PS tiếp theo

Bảng định tuyến làm việc theo các thuật toán phân tán

15



• Các ứng dụng trong mạng ARPANET

Email, remote login, file transfer, …

Mạng thông minh

• Ethernet LAN

1980s: các trạm làm việc với khả năng tính toán cao ra đời

Yêu cầu mạng kết nối giữa các workstations với chi phí thấp, tốc độ cao

Sử dụng cáp đồng trục

Ethernet là MMT chuẩn sử dụng cáp đồng trục với tốc độ cao• Ethernet MAC

Network Interface Card (NIC): Kết nối trạm làm việc với LAN

Mỗi NIC có địa chỉ riêng

Các frame được truyền trong cáp đồng trục

Các NIC nghe đường truyền để nhận biết các frame dành cho nó



• Mạng Internet

Các kiểu MMT khác nhau được kết nối với nhau để trao đổi dữ liệu giưaMT

ARPA nghiên cứu mạng chuyển mạch gói sử dụng vệ tinh và mạng góiradio

Mỗi MMT có thể có kiến trúc và được xây dựng trên các công nghệkhác nhau

Các giao thức liên mạng cần thiết cho trao đổi tin giữa các mạng

Internet: mạng của các mạng

16



• Internet Protocol (IP)

Routers hoặc gateway liên kết các mạng khác nhau

Các máy tram truyền các gói IP trong mạng kết nối

Routers chuyển các gói tin qua liên mạng

Best-effort IP services, no re-transmission



• Địa chỉ hóa và định tuyến

Địa chỉ IP : NetID và HostID

IP packets được định tuyến theo NetID

Routers tính toán bảng định tuyến theo các thuật toán phân tán

• Transport protocol

User Datagram Protocol (UDP): Cho phép truyền tin cậy các khối dữliệu đơn lẻ sử dụng cơ chế best effort

Transmission Control Protocol (TCP): Cho phép truyền tin cậy các luồngbyte dữ liêu

17



• Internet applications

Tất cả các ứng dụng trên Internet đều sử dụng TCP và UDP

TCP: HTTP (web), SMTP (mail), FTP (file transfer), telnet (remote terminal)

TCP và UDP kết hợp chặt chẽ trong hệ điều hành

Bất cứ ứng dụng nào xây dựng trên TCP và UDP sẽ hoạt động trênInternet

• Tên và địa chỉ IP

Định tuyến làm việc với địa chỉ IP 32 bit, chia thanh các octet, biểu diễndạng thập phân : 127.1.1.0

Các trạm cũng được xác định qua tên

Domain Name Server (DNS): biến đổi giữa tên và địa chỉ IP



1. Mạng hình sao (star topology)

• Thiết bị trung tâm: switch, router, hub hoặc thiết bị tích hợp

• Passive hub: Bộ tập trung các máy tính thành mạng đơn hay segment

• Active hub: Bộ tập trung có khả năng khuếch đại tín hiệu

Các kiến trúc vật lý của mạng

18



2. Mạng hình bus (bus topology)

• Sử dụng một đường truyền chung cho tất cả các máy tính

• Máy tính kết nối vào mạng sử dụng T-Connector

• Terminator: ngăn chặn khả năng dội tín hiệu



3. Mạng hình vòng (ring topology)

• Các máy tính liên kết với nhau thành vòng tròn theo nguyên tắc điểm-điểm

• Máy tính trao đổi dữ liệu theo một chiều

• Dữ liệu truyền dạng gói

19



4. Mạng kết hợp (star bus, star-ring topology)

• Tổ hợp các topology cơ bản tùy theo địa hình nơi thiết kế mạng



• Các vấn đề trong kiến trúc mạng

Digital transmission

Framing and error control

MAC regulates sharing broadcast medium

IP address

Packet transfer

Distributed calculation of routing table

Congestion control

Segmentation and reassembly of packets

End-to-end transport protocol

Applications built on the transfer of message between computers

20



• Giao thức, dịch vụ và phân tầng

Layers, Service & Protocols

o Quá trình giao tiếp truyền thông trên mạng rất phức tạp

o Phân tầng chia quá trình giao tiếp thành các nhóm chức năng tiệnquản lý (layer)

o Tầng dưới cung cấp dịch vụ (service) cho tầng trên

o Mỗi tầng làm việc theo giao thức (protocol) của tầng đó

Ví dụ: Web browsing application

o World Wide Web (WWW) cho phép người sử dụng truy nhập các tàinguyên của mạng dưới dạng văn bản HTML

o Browser là chương trình để truy nhập web (IE, Netscape, Firefox …)

o Trong văn bản HTML có link tới các tài nguyên khác

o Mỗi link tham chiếu tới Uniform Resource Locator (URL) cung cấptài nguyên yêu cầu

Mô hình tham chiếu và giao thức trên mạng



Ví dụ: Access to a web

1. Domain Name Server (DNS)

DNS server

User

Q: www.yahoo.com ?

A: 209.191.93.52

HTTP server

21



2. Transport Control Protocol (TCP)

DNS server

User

ACK, TCP connection requestFrom: 209.191.93.52 Port 80To: 192.168.1.2 Port 2070

TCP connection requestFrom: 192.168.1.2 Port 2070To: 209.191.93.52 Port 80

HTTP serverACK



3. Hyper Text Transport Protocol (HTTP)

DNS server

UserGET / HTTP/1.1

HTTP server

200 OK

Content

22



Protocols

o Tập hợp các quy tắc điều khiển quá trình giao tiếp giữa các thựcthể (entities) trong một tầng

o Gửi và nhận message

o Mục đích của giao thức là cung cấp dịch vụ cho các tầng trên nó

Layers

o Tập hợp các nhóm có chức năng truyền thông liên quan

Tầng ứng dụng: HTTP, DNS, STMP

Tầng giao vận: TCP, UDP

Tầng mạng: IP

o Mỗi phân lớp được xây dựng trên các dịch vụ của tầng dưới nó

HTTP xây dựng trên TCP

DNS xây dựng trên UDP

TCP và UDP được xây dựng trên IP



• Mô hình tham chiếu OSI

Open system for interconnection

o Kiến trúc mạng định nghĩa dựa vào các tầng với giao thức mỗi tầng

o 1970s: Nhiều hãng thiết kế kiến trúc phân tầng riêng khó khăntrong kết nối mạng giữa các máy tính của các hãng khác nhau

o ISO đưa ra mô hình OSI cho phép kết nối các máy tính từ nhiềuhãng

Mô hình tham chiếu OSI

o Mô hình 7 tầng cho kiến trúc mạng

o Sử dụng để phát triển các giao thức

o TCP/IP được xây dựng dựa trên mô hình tham chiếu OSI

23



Application Layer

Presentation Layer

Session Layer

Transport Layer

Network Layer

Data Link Layer

Physical Layer

Application

Network Layer

Data Link Layer

Physical Layer

Network Layer

Data Link Layer

Physical Layer

Application Layer

Presentation Layer

Session Layer

Transport Layer

Network Layer

Data Link Layer

Physical Layer

Application

End-to-end Protocols

One or more network nodes



Tầng vật lý – physical

o Cơ chế truyền bit

o Đường truyền vật lý: Twisted-pair cable, coaxial cable, optical fiber, radio, infrared, …

o Ethernet, DSL, cable modem, telephone modems, …

Tầng liên kết dữ liệu – data link

o Truyền frame qua đường kết nối trực tiếp

o Phát hiện lỗi bit, truyền lại frame

o MAC cho mạng LAN

o Điều khiển luồng (flow control)

24



Tầng mạng – network

o Truyền packet giữa các mạng

o Cần cơ chế địa chỉ hóa cho các mạng kích thước lớn

o Các nút mạng (node) sử dụng thuật toán định tuyến để xác địnhđường đi của packet

o Điều khiển tắc nghẽn và lưu lượng mạng

o Thiết lập và hủy bỏ liên kết



Net 1Net 1

Net 3Net 3

Net 4Net 4

Net 2Net 2

G

GNet 5Net 5

G

G

G

G

H

H

H

H H

ATMNetwork

ATM Switch

ATM Switch

ATM Switch

ATM Switch

Ethernet LAN

G: GatewayH: Host

o Internetworking protocol: định tuyến giữa Routervà gateway

o Địa chỉ hóa và kích thước frame khác nhau

25



Tầng giao vận – transport

o Truyền message theo phương thức end-to-end giữa 2 trạm

o Reliable stream transfer (quick-and-simple single block transfer)

o Sử dụng MUX tại các địa chỉ cổng (port number)

o Segmentation and reassembly of message (segment - block of info hoặc datagrams)

o Thiết lập và hủy bỏ liên kết

Tầng phiên – session

o Điều khiển phương thứcc trao đổi dữ liệu

o Có lợi khi truyền các file lớn



Tầng ứng dụng – application

o Cung cấp các dịch vụ của người sử dụng trực tiếp

o Cung cấp giao diện tương tác vào các hệ thông đầu cuối (end system)

o Giao diện lập trình ứng dụng API (application programming interface)

o Ví dụ: WWW, e-mail, FTP, telnet, …

Tầng trình diễn – presentation

o Đảm bảo tính độc lập trong phương thức biểu diễn của dữ liệu

o Ví du: Nhiều loại mã ký tự và chữ số khác nhau trong các loại máytính khác nhau, biến đổi MSB LSB và ngược lại

26



Headers và Trailers

o Mỗi giao thức sử dụng header mang thông tin về địa chỉ, số thứ tự, cờ, độ dài thông tin …

o Trailer thường chứa thông tin phát hiện lỗi (Cyclic Redundancy Check - CRC)

Application Layer

Presentation Layer

Session Layer

Transport Layer

Network Layer

Data Link Layer

Physical Layer

Application

Application Layer

Presentation Layer

Session Layer

Transport Layer

Network Layer

Data Link Layer

Physical Layer

Application

App. Data

App. Data

App. Data

App. Data

App. Data

App. Data

App. Data

AH

AH

AH

AH

AH

AH

PH

PH

PH

PH

PH

SH

SH

SH

SH

TH

TH

TH

NH

NHDH DT

Bits



OSI: Protocol

o Layer n trong 1 trạm tương tác với layer n trong 1 trạm khác đểcung cấp dịch vụ cho tầng n+1

o Các tầng tương ứng giữa 2 trạm được gọi là quá trình ngang hàng(peer process)

o Giao thức tầng n: Tập hợp các quy ước và quy tắc của tầng đó

o Các quá trình ngang hàng của tầng n trao đổi các PDU (Protocol Data Unit)

OSI: Services

o Trao đổi giữa các quá trình ngang hàng

o Tầng n+1 truyền tin dựa vào dịch vụ của tầng n+1

o Các dịch vụ được cung cấp tại SAP (Service Access Points)

o Dữ liệu được truyền xuống tầng dưới gọi là SDU (Service Data Unit)

o SDU được đóng gói trong PDU

27



n+1 n+1

n n

n-SDU H

n-SDUH

n-PDU

n-SAP n-SAPn-SDU n-SDU



N+1 user

n+1user

Layer

RequestIndication

Response

Confirm

System A System B

Tương tác giữa các phân lớp

n provider

n provider

28



Connectionless vs connection-oriented services

o Connectionless

Truyển ngay các n-SDUs

Không cần thiết lập liên kết

Ví dụ: UDP, IP

TCP làm việc trên tầng IP

IP làm việc trên tầng mạngATM

o Connection-oriented

3 phases:

Thiết lập liên kết giữaSAPs để khởi tạothông tin trạng thái

Truyền SDUs

Hủy bỏ liên kết

Ví dụ: TCP, ATM



Segmentation và Reassembly

o Mỗi layer quy định kích thước khối dữ liệu SDU mà nó có thểtruyền được

o Một SDU của layer n có thể lớn hơn SDU của layer n-1

o Phía truyền: SDU phân đoạn thành nhiều PDUs

o Phía nhận: các PDUs được kết hợp lại thành SDU

Segmentation

n-SDU

n-PDU n-PDU n-PDU

Reassembly

n-SDU

n-PDU n-PDU n-PDU

29



Multiplexing

o Multiple users tầng n+1 chia sẻ dịch vụ của tầng n

o Cần có multiplexing ID cho mỗi PDU để xác định SDU cho mỗiuser



• Kiến trúc TCP/IP – tổng quan

Internetworking

o Network of networks – Internet

Hoạt động với nhiều mạng và công nghệ mạng khác nhau

Cung cấp đường kết nối để truyền các gói IP

Kinh tế

Net 1Net 1

Net 3Net 3

Net 4Net 4

Net 2Net 2

G

GNet 5Net 5

G

G

G

GH

H

H

H H

30



Internet protocol

o Các gói tin IP truyền thông tin qua mạng Internet qua các giaodiện của mạng:

Host A IP router router … router host B IP

o Layer IP trong mỗi router sẽ xác định chặng tiếp theo (router tiếptheo)

Net 1Net 1

Net 4Net 4

Net 2Net 2 Net 3Net 3

Transport

Internet

Network Interface

Application

Host A

Transport

Internet

Network Interface

Application

Host B

Internet

Network Interface

Router Internet

Network Interface

Router

Internet

Network Interface

Router



Bộ giao thức TCP/IP

31



Tên và địa chỉ Internet

o Tên Internet

Mỗi host có tên duy nhất

Không phụ thuộc vàođịa chỉ vật lý

Dễ nhớ

Domain name

Host name và user name

o Địa Internet

o Địa chỉ IP riêng cho mỗi kết nốivật lý trong mạng

o Định tuyến thực hiện thông qua địa chỉ IP đích

o Địa chỉ IP gồm

Netid và hostid

Netid là duy nhất

Netid sử dụng trong địnhtuyến

o Dotted Decimal Notation

Octet

Ví dụ: 128.100.10.3



Ví dụ về mạng Internet

Server RouterPC

PPPNetid = 2 (2, 2)

(1, 3) R(1, 1)

W

(1, 2)

S

Workstation

(2, 1)

EthernetNetid = 1

32



Gói IP từ W SServer Router

PC

PPP

(2, 2)(1, 3) R(1, 1)

W

(1, 2)

S

Workstation

(2, 1)

Ethernet

1. Goi IP của W có địa chỉ IP nguồn (1, 2) và địa chỉ IP đích (1, 1)

2. Từ bảng IP W và máy có địa chỉ đích ở cùng mạng. Đóng gói IP trong khung Ethernet với các địa chỉ (W, S)

3. Khung Ethernet được truyền lên mạng nhờ NIC của W và NIC củaserver sẽ nhận được gói tin

4. NIC phân tích trường TYPE và truyền gói tin tới lơp IP

W, S (1, 2), (1, 1)


1/2007 Chương 1Chương 1. Tổng quan về MMTGói IP từ S PC

ServerRouter

PC

PPP

(2, 2)(1, 3) R(1, 1)

W

(1, 2)

S

Workstation

(2, 1)

Ethernet

S, R (1, 1), (2, 2)(1, 1), (2, 2)

1. Goi IP của W có địa chỉ IP nguồn (1, 1) và địa chỉ IP đích (2, 2)

2. Từ bảng IP gói tin phải gửi đến R, đóng gói IP trong khung Ethernet với các địachỉ (S, R)

3. NIC của R sẽ nhận gói tin IP, phân tích TYPE và gửi tới lớp IP

4. Lớp IP phân tích IP đích và định tuyến đến (2, 2)

5. Bảng IP của R chỉ ra (2, 2) được kết nối trực tiếp với R qua PPP

6. Đóng gói gói IP vào khung PPP và gửi tới PC

7. PPP tại PC phân tích TYPE và truyền gói IP tới lớp IP của PC

33



• So sánh mô hình OSI và Internet



Một số ví dụ về mạng• Mạng cục bộ (Local Area Network – LAN)

Môi trường truyền dẫn

Network Interface Card (NIC)

Mỗi NIC có địa chỉ vật lý duy nhất

`

34



Network Layer

802.2 Logical Link Control

802.3CSMA-CD

802.5Token Ring

802.11WLAN

Other LAN

Various Physical Layer

LLC

MAC

Physical Layer

IEEE 802

Data Link Layer

Network Layer

Physical Layer

OSI



l¾p ®Æt bé ®Þnh tuyÕn+Modem ADSL

35



• Ethernet

1970: radio network ALOHA in Hawaii

1973: Metcaff và Boggs phát minh Ethernet, random access, wired net

1979: DIX (Digital, Intel và Xerox ) Ethernet II standard 10 Mbps

1985: IEEE 802.3 LAN 10 Mbps

1995: Fast Ethernet 100 Mbps

1998: Gigabit Ethernet

2002: 10 Gigabit Ethernet



36



• Internet

Mạng của liên mạng

Host và End-System: chạy các ứng dụng

Giao thức: TCP, IP, HTTP, FTP, PPP

Liên kết truyền thông: Cáp, vệ tinh, vô tuyến

Router: Định tuyến cho các gói tin

Chuẩn Internet: RFC (Request for Comments), IETF (Internet Engineering Task Force)

Cơ sở hạ tầng truyền thông cho phép triển khai các dịch vụ phân tán: Web, E-mail, online Game, v.v…

Khả năng cung cấp các dich vụ liên kết và không liên kết



37





Mạng WAN

Integrated Services Digital Network (ISDN)

o Khái niệm

Tích hợp điện thoại số và dịch vụ truyền dữ liệu

Số hóa mạng điện thoại để cho phép truyền voice, data, text, graphics, music, video … qua mạng điện thoại sẵn có

Cung cấp dịch vụ ISDN tốc độ cao: image, file transmission, video conferencing …

o Thiết bị ISDN

Terminal: ISDN (TE1) kết nối với ISDN bằng cáp xuắn đôi, non-ISDN (Data Terminal Equipment - DTE) hay TE2, kết nốivới mạng ISDN qua TA theo chuẩn vật lý (RS-232C, V24…)

Data Circuit Terminating Equipment (DCE): Modem, MUX …

Terminal adapter (TA): stand-alone hoặc on-board của DTE2

Network_termination: NT1, NT2, kết hợp

38



Asychronous Transfer Mode (ATM)

o Khái niệm

Thông tin của các loại dich vụ khác nhau (voice, image, video…) được tải vào tế bào với kích thước nhỏ xác định

Mạng ATM là loại connection-oriented



Asychnorous transmission: Time slot được cấp theo yêu cầucăn cứ vào ATM header để xác định source (khác synch.TDM)ATM format: 53 octet (byte) với 5 byte header+48 byte payloadThiết bị ATM

Mạng ATM dựa vào ATM switch và ATM endpointATM switch nhận cell từ ATM switch và ATM endpoint, cập nhật header và chuyển tiếp tới đích

o Thiết bị ATM và môi trường mạng

39



Frame relay

o Khái niệm

Giao thức mạng WAN tốc độ cao làm việc ở tầng vật lý và liênkết dữ liệu trong mô hình OSI

Cho phép các trạm đầu cuối chia sẻ môi trường và băng thônglinh hoạt dựa vào: gói tin với kích thước thay đổi và dồn kênhdựa trên mô hình thống kê

Là một phiên bản của X25 nhưng không có chức năngwindowing và re-transmission

o Thiết bị Frame relay

DTE (PC, router, bridge) và DCE để tạo xung nhịp và cungcấp dịch vụ chuyển mạch (packet switch)

Kết nối giữa DTE và DCE thực hiện ở cả 2 tầng: Vật lý (chủ -yếu là RS-232) và tầng liên kết cung cấp giao thức kết nốigiữa DTE (router) và DCE (switch)



o Triển khai thiết kế mạng frame relay

1

1/2007 Chương 2Chương 2. Mạng LAN và vấn đề lớp 1 và 2


Giới thiệu

Vị trí, chức năng của LAN trong mô hình OSI

Giao thức ở tầng liên kết dữ liệu

Vấn đề chung của mạng LAN

Các cơ chế truy cập ngẫu nhiên

ALOHA

CSMA

CSMA-CD

WLAN: LAN không dây và chuẩn 802.11 a, b, g



• Cấu trúc cơ bản của LAN

Môi trường truyền dẫn

Network Interface Card (NIC)

Mỗi NIC có địa chỉ vật lý duy nhất

`

Giới thiệu

2



Cấu trúc transceiver và magnetic



• Open System for Inter-connection (OSI)

Mô hình 7 tầng của International Standard Organization (ISO)

Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE): chuẩn côngnghệ cao

Network Layer

802.2 Logical Link Control

802.3CSMA-CD

802.5Token Ring

802.11WLAN

Other LAN

Various Physical Layer

LLC

MAC

Physical Layer

IEEE 802.11

Data Link Layer

Network Layer

Physical Layer

OSI

3



• MAC sublayer

IEEE 802.1: Data Link Layer (DLL) được chia thành:

o MAC sublayer

Điều khiển truy nhập môi trường

Cung cấp dịch vụ truyền khung không liên kết

Các trạm được phân biệt qua địa chỉ vật lý MAC

Broadcast các khung với địa chỉ MAC

o Logical Link Control (LLC) sublayer

Cung cấp giao diện giữa tầng Network và MAC sublayer (OSI)



• LLC sublayer

IEEE 802.2: LLC nâng cấp các dịch vụ do MAC cung cấp

MAC

PHY

MAC

PHY

MAC

PHY

Unreliable Datagram Service

A B

MAC

PHY

MAC

PHY

MAC

PHY

Reliable Datagram ServiceA B

LLC LLC LLC

4



• LLC Services

Type 1: Unacknowledged connectionless service

o Unnumbered frame mode of HDLC (High-level Datalink Link Control)

Type 2: Reliable connection-oriented service

o Asynchronous balanced mode of HDLC

Type 3: Acknowledged connectionless service

Additional addressing

o Một trạm có địa chỉ vật lý MAC duy nhất

o Cung cấp các liên kết logic, được phân biệt bởi SAP (Service Access Point)



• Cấu trúc của LLC Protocol Data Unit (PDU)

DestinationSAP Address

SourceSAP Address Control Information

I/G C/R

1 bit 7 bit 1 bit 7 bit

1 byte 1 byte1 hoặc2 byte

I/G: Individual or group addressC/R: Command or response frame

SAP address:06: IP packetE0: Novel IPXFE: OSI packetAA: Subnetwork Access Protocol (SNAP)

5



• Đóng gói MAC frame

IPIP Packet

DataLLCHeader

MACHeader FCS



• Vấn đề chung của mạng LAN

Vấn đề cơ bản: Làm sao chia sẻ được môi trường ?

Các phương pháp chia sẻ môi trường

6



Channelization: satellite

Channelization: cellular



Random access: transmit when ready, need re-transmission

Scheduling: polling

7



Wireless LAN: ad hoc network, random access and polling

Scheduling: token passing



Channel capture và delay-bandwidth product a

A B

tprop = d/v

A truyền tạit = 0

A B

A BA phát hiệnxung đột

tại t = 2tprop

B truyền trướct = tprop và pháthiện xung đột

o t = 2tprop : Thời gian cần thiết capture channel

o X = L/R: Thời gian truyền khung có độ dài L với tốc độ truyền R

o Thông lượng tối đa:

o Thông lượng chuẩn hóa:

Xt

a ,R2a1

1R

LR2t

1

12tL/R

LR prop

proppropEff =

+=

+=

+=

2a11

RRρ Eff

max +==

8



• ALOHA

Giới thiệu

o Xuất phát từ ĐH Hawaii, kết nối các khu vực trường nằm trên cáchòn đảo vào máy chủ đặt tại khu vực trung tâm

o Sử dụng re-transmission nếu xảy ra xung đột (coi như lỗi truyền tin)

o Nếu các trạm gửi lại frame với cùng cơ chế và tham số, khả năngxung đột vẫn có thể xảy ra Backoff algorithm

o Máy trạm gửi lại frame sau tBackoff (xác định ngẫu nhiên)

Các cơ chế truy cập ngẫu nhiên



ALOHA model

o X - Transmission time ( X= L/R)

o S – Throughput (số frame truyền thành công trong X sec.)

o G – Load (số yêu cầu truyền trung bình trong X sec.)

o Psuccess: xác suất truyền khung thành công

o S = GPsuccess

o Bắt đầu truyền khung trong X sec. sẽ có khả năng bị xung đột, ngược lại sẽ thành công nếu bắt đầu truyền sau 2X sec.

9



Giả định của Abramson

o Xác suất nào để không có khung truyền xuất hiện trong X sec?

o Abramson: Nhờ sử dụng Backoff time, các khung xuất hiện đềunhau trong một khoảng thời gian bất kỳ

o G: số khung xuất hiện trong X sec

o Chia X thành n khoảng bằng nhau

o p: Xác suất xuất hiện khung trong khoảng

o Khi đó: G = np

Psuccess = P[0 khung xuất hiện trong 2X sec]

= P[0 khung xuất hiện trong 2n khoảng thời gian]

X/n=∆

∆

( ) ∞→→⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=−= − nkhie

nG1p1 2G

2n2n



Thông lượng của ALOHA

o S = GPsuccess = G


o Nếu G nhỏ, S ≈ G, nếu G lớn, S → 0

o Xung đột có thể giảm thông lượng về 0

Ge 2−

%)4.18(~)2/(1max e=ρ

Slotted ALOHA

o Mô hình ALOHA có thể giảm xác suất xung đột khung

o Tạo các khe thời gian rộng X sec.

o Các trạm chỉ được phép gửi khung khi bắt đầu một khe thời gian

o Backoff time là số nguyên lần khe thời gian

10



Thông lượng của slotted ALOHA

o S = GPsuccess = GP[0 khung xuất hiện trong X sec.]

= GP[0 khung xuất hiện trong n khoảng]


( ) Gn

n GenG1Gp1G −→⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=−=

Ví dụ

o BW = 9600 bps

o 1 Frame = 120 bit

o Hệ thống truyền 9600 x 1frame/120 = 80 frames/sec.

o Thông lượng của ALOHA: 80 x 18.4% = 15 frames/sec.

o Thông lượng của slotted ALOHA: 80 x 36.8% = 30 frames/sec.

%)8.36(~/1max e=ρ



Carrier Sense Multiple Access (CSMA)

Máy trạm ‘nghe’ trạng thái đường truyền trước khi truyền

o Nếu bận: Đợi trong khoảng thời gian ngẫu nhiên hoặc tbackoffđã được thiết lập

o Nếu rỗi: Bắt đầu truyền

o tprop: Thời gian truyền dẫn (do hiệu ứng capture channel)

o Nếu tprop > X (a>1), hiệu quả như ALOHA và slotted ALOHA

11



1-persistent CSMA throghput (most greedy)

o Bắt đầu truyền mỗi khi ‘nghe’ thấy đường truyền rỗi

o Thông lượng cao hơn ALOHA và slotted ALOHA nếu a nhỏ vàngược lại

o Trễ nhỏ, hiệu quả thấp



Non-persistent CSMA throghput (least greedy)

o Nghe đường truyền sau tưng khoảng tbackoff

o Thông lượng cao hơn 1-persistent CSMA khi a nhỏ

o Trễ lớn, hiệu quả cao

p-persistent CSMA throghput (adjustable greedy)

o Đợi đến khi đường truyền rỗi, truyền với xác suất p, hoặc chờ 1 khoảng bằng mini-slot và truyền lại với xác suất 1-p

12



CSMA with Carrier Detect (CSMA-CD)

Kiểm soát xung đột và hủy bỏ quá trình truyền dẫn

o Máy trạm khi cần truyền sẽ ‘nghe’ đường truyền

o Trước khi bắt đầu truyền, máy trạm tiếp tuc nghe để phát hiệnxung đột

o Nếu có xung đột, máy trạm dừng quá trình truyền dẫn và thayđổi tbackoff

CSMA gây lãng phí X giây – thời gian truyền một khung

CSMA-CD giảm lãng phí xuống bằng đúng thời gian phát hiện xungđột và hủy bỏ quá trình truyền dẫn



CSMA-CD model

o Xung đột có thể phát hiện và giải quyết sau 2tprop

o Tạo các khe thời gian với độ dài 2tprop trong khoảng thời gian tranhchấp của các trạm cùng có yêu cầu truyền

o Xác suất truyền thành công của 1 trong n trạm: Psuccess= np(1-p)n-1

o Lấy đạo hàm 2 vế: 1/p n khi1/en11

n11

n1nP

1n1nmaxsuccess =→⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −=

−−

o :số khe thời gian trung bình để giải quyết tranh chấp

o Thời gian tranh chấp trung binh: 2tprope

718.2== emaxsuccess1/P

13



CSMA-CD throughput

o Thông lượng cực đại: Hệ thống chỉ luân phiên giữa thời gian tranhchấp và truyền khung

o Thông lượng cực đại:

( ) ( )Rd/vL 12e11

a 12e11

2ettXXρ

proppropmax ++

=++

=++

=

v: vận tốc ánh sáng trong môi trường

d: khoảng cách truyền dẫn



Ứng dụng của CSMA-CD trong Ethernet LAN

o 1-persistent CSMA

o R = 10 Mbps

o tprop = 51.2 microsec.

Một khe thời gian: 512 bits = 64 byte

Cung cấp trong khoảng cách 2.5 km sử dụng 4 repeater

o Truncated Binary Exponential Backoff (TBEB)

Sau xung đột thứ n, chọn tbackoff trong khoảng 0, 1, …, 2k – 1

trong đó k = min(n, 10)

Priority transmission in carrier sensing

o Cung cấp các mức ưu tiên khác nhau khi nghe đường truyền

o Thiết lập khoảng thời gian interframe theo các lớp ưu tiên

o Ứng dụng trong WLAN 802.11

14



IEEE 802.3 và Ethernet

o 1-persistent CSMA-CD

o Algorithm

1. Nếu đường truyền ở trạng thái idle, bắt đầu truyền tin, Nếukhông, sang bước 2

2. Nếu đường truyền busy, tiếp tục nghe cho đến trạng thái idle sẽ bắt đầu truyền tin

3. Nếu phát hiện xung đột khi truyền tin, dừng ngay quá trìnhtruyền tin và truyền tính hiệu jamming (random bit sequence)

4. Sau khi truyền jamming, đợi một khoảng thời gian ngẫu nhiên(tbackoff), và tiếp tục thử truyền tin

o Sử dụng TBEB (truncated binary exponential backoff)

Backoff time = uniform(0, 2min(k, 10)-1) khe thời gian



o Flow chart

15



o Original Ethernet và thông số

Transmission rate: 10 Mbps

Min frame: 512 bits = 64 bytes

Slot time: 512 bits / 10 Mbps = 51.2 µsec

- 51.2 µsec x 2 x 105 km/sec = 10.24 km, 1 way

- 5.12 km round trip distance

Max length: 2500 meters + 4 repeaters

Each x10 times increase in bit rate, must be accompanied by x10 decrease in distance



o IEEE 802.3 Ethernet và thông số hoạt động

Slot time: 512 bits times

InterFrameGap: 96 µsec

AttemptLimit: 16

BackoffLimit: 10

JamSize: 32 bits

MaxFrameSize: 1518 bytes

MinFrameSize: 512 bits (64 bytes)

o IEEE 802.3 MAC Frame

Preamble: synchronization, 7 bytes of 10101010

Start of Frame Delimiter (SFD): 10101011

16



o Destination addressSingle GroupBroadcast: 11…11

o AddressesLocal or global

o Global addresses (246 possible) First 24 bits assigned to vendors (OUI)Next 24 bits assigned by vendors CISCO: 00-00-0C3COM: 02-60-8C




Length: # of bytes in Information field

- Max frame: 1518 excluding Preamble + FSD

- Max information bytes: 1500 (Hexa: 05DC)

Pad: ensures min frame of 64 bytes

FCS: CCITT-32 CRC, calculated for addresses, length, information, and pad fields

- NIC discards frames with improper lengths or failed FCS


17



o DIX Ethernet frame format

DIX: Digital, Intel, Xerox: joint specification

Type: Identify protocol of PDU in information field, e.g. IP, ARP …

0800: IP

0806: ARP

8137: Netware IPX

8160: NetBIOS



o IEEE 802.3 Physical layer

Thick coax: Stiff, hard to work with T-connection flatky

18



o Ethernet hub & switch

Twisted Pair: cheap, easy to work withReliableStar-topology CSMA-CD

Twisted Pair: cheapBridging increase scalabilitySeparable collision domainsFull duplex operation



o Bus & hub

Cấu hình bus

Tất cả các trạm chia sẻ dung lượng bus (ví du: 10 Mbps)

Chỉ 1 tram thực hiện phiên truyền dẫn tại một thời điểm

Hub kết nối các trạm theo hình sao

Mọi phiên truyền dẫn đều đi qua hub

Chỉ 1 trạm được truyền tại một thời điểm

o Full Duplex operation (FDX)

Ethernet truyền thống sử dụng Half Duplex (HDX)

Sử dụng FDX, một trạm có thể đồng thời nhận và gửi tin

100 Mbps Ethernet in FDX 200 Mbps transfer rate (lýthuyết)

Các trạm kết nối phải có FDX adapter cards

Phải có switching hub

19



o Fast Ethernet

IEEE 802.3 100 Mbps physical layer medium alternatives

To preserve comparability with 10 Mbps Ethernet:

Same frame format, interfaces, protocols (same parameters)

Hub topology only with twisted pair and fiber

HDX or FDX mode



o Gigabit Ethernet

IEEE 802.3 1 Gbps physical layer medium alternatives

Slot time = 512 bytes (4096 bits)

Carrier extension: small frame is extended to 512 bytes

Frame bursting: burst of short frames allowed (burst limit: 216

bits)

Frame structure preserved

20



o 10 Gigabit Ethernet

IEEE 802.3 10 Gbps physical layer medium alternatives

FDX mode only

Frame structure preserved

LAN PHY for local network applications

WAN PHY for wide area interconnection

High speed, local backbone interconnection between large scale switches



o Typical Ethernet Deployment

21



• Scheduling for MAC

Reservation systems: Hệ thống đặt chỗ

o Hệ thống tập trung: Bộ điều khiển trung tâm nhận yêu cầu từ cácmáy trạm và quản lý việc cấp phép truyền

Frequency Division Duplex (FDD): Dải tần số khác nhau chouplink và downlink

Time Division Duplex (TDD): uplink và downlink chia sẻ 1 dảitần số

o Hệ thống phân tán: Các trạm sử dụng các thuật toán phân quyền đểxác định trật tự truyền dẫn của các trạm



o Quá trình truyền dẫn từ các trạm được thực hiện trong các chu trình(độ dài chu trình có thể thay đổi)

o Mỗi chu trình bắt đầu bằng thời gian đặt chỗ và các công đoạntruyền khung

o Thời gian đặt chỗ được chia thành M khe thời gian ứng với M trạm

o Mỗi trạm thông báo yêu cầu truyền khung bằng cách gửi quảng bácác bit đặt chỗ trong khe thời gian tương ứng

22



Reservation System Options

o Centralized vs distributed systems

Centralized systems: Bộ điều khiển nghe thông tin đặt chỗ, quyđịnh trật tự truyền

Distributed systems: Mỗi một trạm xác định khe thời gian từthông tin đặt chỗ trước khi truyền

o Single vs multiple frames

Single frame reservation: Chỉ một phiên truyền có thể đượcđặng ký trong khoảng thời gian đặt chỗ

Multiple frame reservation: Có thể nhiều phiên truyền đượcđăng ký

o Channelized vs random access reservations

Channelized reservation (ví dụ TDMA): Sử dụng MUX chothông tin đặt chỗ từ tất cả các trạm mà không co xung đột

Random access reservation: Mỗi trạm gửi thông tin ngẫu nhiên



Polling systems: Hệ thống hỏi vòng

o Centralized polling systems: Bộ điều khiển trung tâm truyền thôngbáo hỏi vòng tới các trạm theo thứ tự nào đó

o Distributed polling systems: Quyền truyền khung được chuyểntừ trạm này sang trạm khác theo trật tự nào đó (token)

o Cần có quá trình báo hiệu để có thể thiết lập thứ tự

23



Polling systems options

o Service limits: quy định phưong thức truyền trong 1 poll

Exhaustive: Truyền cho đến khi bộ đệm empty (kể cả khungmới đến)

Gated: Truyền toàn bộ dữ liệu trong bộ đệm khi trạm nhậnđược poll

Frame-limited: Chỉ được truyền 1 frame/1 poll

Time-limited: Truyền trong khoảng thời gian cho phép

o Cơ chế ưu tiên:

Cấp băng thông và thiết lập trễ bé hơn cho các trạm xuất hiệnthường xuyên hơn trong polling list

Cấp poll cho các trạm với thông báo về mức ưu tiên tương ứng



Walk time và Cycle time:

o Giả sử cơ chế hỏi vòng là luân chuyển (round robin)

o Walk time: tính từ khi một trạm kết thúc phiên truyền dẫn cho đếnkhi trạm tiếp theo bắt đầu phiên truyền dẫn

o Cycle time: Thời gian giữa 2 poll liền kề trong 1 trạm

o Overhead/cycle = total walk time/cycle

24



Ứng dụng: Token-passing rings

o Poll = Free token (thẻ bài)

o Frame delimiter chính là token

Free = 01111110

Busy = 01111111 Token bit in frame header

Delay

Transmit mode

To device From device

Delay

Listen mode

Outputto device

Inputfrom device

RIU

Một trạm tìm được free tokenChuyển token bit sang busy

Bắt đầu truyền các frameThiết lập token bit về free sau khi kết thúc



Các phương pháp chèn token

o Ring latency: Số bit có thể truyền đồng thời trong ring

o Multi-token operation

Free token được truyền ngay sau data bit cuối cùng của frame

o Single-token operation

Free token được chèn vào sau bit cuốicùng của busy token

Thời gian truyền dẫn tối đa phải nhỏ hơnring latency

Nếu frame lớn hơn ring latency, phảidùng multi-token

o Single-frame operation

Free token được chèn vào khi trạm phátnhận được bit cuối cùng trong frame

Chèn thêm ring latency vào frame

Free token

Busy token

Frame

Idle Fill

25



Thông lượng của token ring

o Định nghĩa

: Ring latency - thời gian để bit đi qua 1 vòng của ring

X: thời gian truyền khung tối đa cho phép trên 1 trạm

o Multi-token operation

Giả sử tất cả M trạm trong mạng đều truyền trong X sec. khinhận được free token

Đây là hệ thống hỏi vòng với thời gian phục vụ hạn chế

'τ

/Ma11

/MX11

MXMXρ 'max +

=+

=+

= '' ττ

Xa

'τ=' : Ring latency chuẩn hóa



o Single-token operation

Thời gian truyền khung hiệu quả =

o Single-frame operation

Thời gian truyền khung hiệu quả =

( )',τXmax

( ) ( ) /Maa 1,max1

X,MmaxMXρ 'max +

=+

= ''' ττ

'τ+X

( ) ( )/M1a1

XMMXρ 'max 11 ++

=++

= '' ττ

26



Ví dụ

o Single-frame reinsertion

IEEE 802.5 Token Ring LAN @ 4 Mbps

o Single-token reinsertion

IBM Token Ring @ 4 Mbps

o Multi-token ring reinsertion

IEEE 802.5 and IBM Ring LANs @ 16 Mbps

FDDI Ring @ 50 Mbps (Fiber Distributed Data Interface)

o Tất cả các mạng LAN này đều sử dụng cơ chế token priority



So sánh các phương pháp truy nhập ngẫu nhiên trong MAC

o ALOHA và Slotted ALOHA

Hiệu suất không phụ thuộc vào a

Trễ thay đổi khi mạng chịu tải trung bình

o CSMA-CD

Trễ thay đổi và không dự đoán được

So sánh các phương pháp truy nhập scheduling trong MAC

o Reservation

Truyền burst hoặc steady streams theo yêu cầu (on-demand)

Có thể kết hợp với QoS

Điều khiển hệ số a lớn sử dụng việc cấp phép trễ

o Polling

Cơ hội truy nhập như nhau, hiệu suất giảm khi a tăng

27





• 802.11 wireless LAN

Wireless communication có nhiều triển vọng

o Dễ triển khai, giá thành thấp

o Có khả năng truy nhập thông tin mạng ở mọi nơi

o Hỗ trợ các thiết bị cá nhân

o Công suất tín hiệu thay đổi theo không gian và thời gian

o Tín hiệu có thể bị truy nhập trái phép

o Phổ tín hiệu bị giới hạn và thường được điều chỉnh

Ad hoc networks

o Kết hợp tạm thời của một nhóm các máy trạm khi có yêu cầu

Các trạm cần trao đổi nằm trong phạm vi truy nhập của nhau

Ví dụ: distributed computer games

28



Tại sao CSMA-CD không thể áp dụng cho WLAN?

o Khó phát hiện xung đột trong môi trường vô tuyến

o Transmitted power có khả năng lấn át received power nên khôngthể huỷ bỏ phiên truyền dẫn khi có xung đột

o Can nhiễu giữa các trạm trong các mạng LAN khác nhau cùng sửdụng CSMA-CD

o Hidden-station problem

2 trạm muốn trao đổi tin với cùng 1 trạm nằm giữa chúng

2 trạm ở khoảng cách tương đối xa, không nghe được tín hiệu

Giải quyết: CSMA-CA (Collision Avoidance)



RTS

CTS CTS

A

A

C

C

B

B

Data

C remains quiet

A C

B

A sends

B announces A to send

A requests to send

CSMA-CA

29



IEEE 802.11 Wireless LAN

o US Industrial, Scientific, Medical (ISM) allocation of spectrum

902-928 MHz, 2,4 – 2,4835 GHz, 5,725 – 5,850 GHz

HIPER LAN ở châu Âu - mạng WLAN 20 Mbps ở 5 GHz

o Ad hoc & infrastructure networks, MAC cho WLAN tốc độ cao, cáctầng vật lý

o Basic Service Set (BSS)

Group of stations that coordinate their access using a given instance of MAC

Located in Basic Service Area (BSA)

Stations in BSS can communicate with each other

o Extended Service Set (ESS)

Multiple BSS interconnected by Distribution System (DS)

Each BSS is a cell and stations in BSS communicate with AP



Infrastructure network

o Permanent access points

30



Dịch vụ phân tán (Distribution services)

o Các trạm bên trong BSS có thể trao đổi tin trực tiếp với nhau

o DS cung cấp các dịch vụ

Truyền MAC SDU giữa các AP trong ESS

Truyền các MSDU giữa các cổng và BSS trong ES

Truyền các MSDU giữa các trạm trong cùng BSS

Dịch vụ cơ bản (Infrastructure services)

o Chọn và tạo liên kết với AP, khi đó có thể truyền/nhận các khungqua AP và DS

o Tạo liên kết mới khi di chuyển giữa các AP

o Hủy liên kết

o Authentication service

o Privacy services



o Nhiệm vụ của lớp con MAC

Truy nhập kênh

Địa chỉ hóa cho PDU, định dạng kiểm soát lỗi

Fragmentation và resemble các MAC PDU

o Các dịch vụ bảo mật MAC

Authentication và privacy

o Các dịch vụ quản lý MAC

Roaming bên trong ESS

Power management

IEEE 802.11 MAC

31



Distributed Coordination Function (DCF)

o Cung cấp các dịch vụ truy nhập cơ bản

Asynchronous best-effort data transfer

Tất cả các trạm đều tranh chấp truy nhập đường truyền

o CSMA-CA

Các trạm đã sẵn sàng đợi cho đến khi kết thúc phiên truyềndẫn

Tất cả các trạm phải đợi Interframe Space (IFS)

Busy medium

DIFSSIFS

PIFS

DIFS

Next Frame

TimeWait for

reattempt timeDefer access

ContentionWindow



Các mức ưu tiên trong khoảng IFS

o Các khung với mức ưu tiên cao sẽ đợi short IFS (SIFS)

ACK, CTS, các khung dữ liệu của MSDU được phân đoạn

o PCF IFS (PIFS) để khởi tạo Contention-Free Periods

o DCF IFS (DIFS) để truyền dữ liệu và MPDU

Busy medium

DIFSSIFS

PIFS

DIFS

Next Frame

TimeWait for

reattempt timeDefer access

ContentionWindow

32



Cơ chế tranh chấp và backoff

o Nếu kênh truyền idle sau DIFS, một trạm có thể truyền MPDU đầutiên

o Nếu kênh truyền busy trước DIFS, một trạm phải thay đổi tbackofftrước khi nghe đường truyền

tbackoff là số khe thời gian tranh chấp

Một trạm có thể tham gia tranh chấp đường truyền sau tbackoff

o Một trạm phải xác định tbackoff trước khi bắt đầu một phiên truyềndẫn mới



LLC PDU

DataLLCHeader

PLCP PDUPLCP Header

CRC

PLCPPreamble

Physical layerconvergence

procedurePhysical medium

dependent

MAC layer

LLC

Physical layers

IEEE 802.11 physical layer options

33



Một số mô hình phát triển mạng WLAN



1. Wireless Ethernet Bridge 2. Outdoor Antenna3. PVC Thinnet Cable 4. Thin Ethernet Network Card5. BNC T Connector 6. 50 Ohm Terminator7. Cat5 UTP Cable 8. Cat5 Patch Cables9. 10 Base-T Ethernet Hub 10. 10 Base-T Network Card

Một số mô hình phát triển mạng WLAN

1


1/2007 Chương 3Chương 3. Kết nối mạng ở lớp 2 - tầng liên kết dữ liệu

Tầng liên kết dữ liệu• Chức năng của tầng liêt kết dữ liệu (DLL)

• Địa chỉ MAC và tính chất

• Phương pháp framing

• Điều khiển luồng

• Kiểm soát lỗi

• Các giao thức của tầng liên kết dữ liêu: HDLC và PPP

• Bridge: transparent và sourouting



• Chức năng của tầng liên kết dữ liệu

Khả năng truyền khung tin cậy trên đường liên kết vật lý không tin cậy

Application Layer

Presentation Layer

Session Layer

Transport Layer

Network Layer

Data Link Layer

Physical Layer

Source node

Network Layer

Data Link Layer

Physical Layer

Application Layer

Presentation Layer

Session Layer

Transport Layer

Network Layer

Data Link Layer

Physical Layer

Destination node

Intermediate node

Packets

Frames

Bits

2



o Destination addressSingle GroupBroadcast: 11…11

o AddressesLocal or global

o Global addresses (246 possible) First 24 bits assigned to vendors (OUI)Next 24 bits assigned by vendors CISCO: 00-00-0C3COM: 02-60-8C

Địa chỉ MAC và tính chất: IEEE 802.3 MAC Frame



• Phương pháp Framing

DLL tổ chức bit stream thành các frame

Bắt đầu và kết thúc của frame được xác định: Character count, control character, flag, …

Character count

o Số ký tự được chỉ ra trong vị trí xác định của header

o Bên nhận đếm số ký tự để xác định nơi kết thúc frame

o Ví dụ: DDCMP (Digital data comm. message protocol)

3



Control character

o Mỗi frame bắt đầu và kết thúc với chuỗi ký tự đặc biệt

Ví dụ: bắt đầu với DLE STX (data link escape start of text) vàkết thúc với DLE ETX (end of text)

o Phần dữ liệu phải là số nguyên lần các ký tự

o Character stuffing: chèn DLE trước mỗi ký tự DLE trong dữ liệu, ngăn chặn khả năng xuất hiện các ký tự bắt đầu và kết thúc xuấthiện bên trong frame

Ví dụ: BISYNC

STX: 0x02, ETX: 0x03

DLE: 0x01 (non-printable)



Flagging

o Mỗi frame bắt đầu và kết thúc bằng chuỗi ký tự đặc biệt – flag

o Flag byte: 01111110 (0x7E)

o Phần dữ liệu của frame có thể chứa số bit bất kỳ

o Bit stuffing: chèn bit 0 vào sau mỗi chuỗi 5 bit 1 liên tiếp

o Ví dụ: SDLC, HDLC, LAPB

01111110111101011111011110111110001111110Flag FlagFrame

4



• Điều khiển luồng (flow control)

Khái niệm điều khiển luồng

o Kích thước bộ đệm đê lưu giữ các frame nhận được bi giới hạn

o Tràn bộ đệm có thể xảy ra nếu tốc độ xử lý tại phía thu chậm hơntốc độ truyền frame

o Điều khiển luồng ngăn chặn tràn bộ đệm bằng cách điều khiển tốcđộ truyền dẫn từ phía phát (Tx) đến phía thu (Rx)

o Các phương pháp phổ biến:

X-ON/X-OFF

Stop and wait

Sliding window



Transmitter Receiver

X-OFF

X-ON/X-OFF

o Rx truyền X-OFF (DC3) nếu bộ đệm đầy

o Tx dừng truyền khi nhận được X-OFF

o Rx truyền X-ON (DC1) khi bộ đệm được giải phóng

o Tx bắt đầu truyền lại khi nhận được X-ON

o Có thể sử dụng các frame RR (Receive Ready) và RNR (Receive not Ready)

o Nếu số bit trong bộ đệm vượt quá ngưỡng 2tprop·R, X-OFF đượcgửi tới Tx

o Phương pháp: Stop-and-wait, sliding window

X-ON

Threshold

5



o Stop-and-wait

Tx ngừng truyền frame tiếp theo cho đến khi nhận được ACK từ Rx

Rx truyền frame ACK khi đã sẵn sàng nhận frame tiếp theo

Đơn giản, nhưng không hiệu quả khi trễ đáp ứng đườngtruyền lớn

Data

DataACK

ACK

Tx Rx

tframe

tpropT

12a1

t2ttU

frameprop

frame

+=

+=

Utilization:

R / Lv / d

tt

a frame

prop ==,

Satellite link: tprop = 270 ms, L = 500 byteR = 56 kbps tframe = 4/56 = 71 ms,

a = tprop / tframe = 270/71 = 3.8,U = 0.12 = 12% của 56 kbps

Short link: tprop = 5 µs, L = 500 byteR = 10 Mbps tframe = 4k/10 M = 400 µs,

a = tprop / tframe = 5/400 =0.012U = 0,98 = 98% của 10 Mbps



o Sliding window

Window WS bằng kích thước bộ đệm của bên nhận có thể sửdụng để nhận các frame liên tiếp từ Tx không cần ACK

Có thể tránh hiện tượng tràn bộ đệm của Rx

Phải chọn WS lớn hơn a (delay of bandwidth)

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7

F0F1F2

ACK3

ACK7

F3F4F5F6

System A System B

6



⎪⎩

⎪⎨⎧

+<+

+≥=

+=

2a1 N2a1

N2a1N 1

t2tNtU

frameprop

frame

Utilization:

R / Lv / d

tt

a frame

prop ==,

Data

Tx Rx

tframe

tpropT

ACK

N frames



• Kiểm soát lỗi (error control)

Khái niệm

o Lỗi do môi trường truyền dẫn

o Quá trình kiểm soát lỗi có 2 chức năng: phát hiện và sửa lỗi

o 2 loại lỗi phổ biến: mất frame và lỗi frame

Các phương pháp kiểm soát lỗi

o Forward error control: sửa lỗi tại phía Rx (Forward Error Correction)

o Backward error control: truyền lại frame (Automatic Repeat Request) cần backward channel

7



Automatic Repeat reQuest (ARQ)

o Cơ chế

Phát hiện lỗi

Positive acknowledgement (ACK): frame nhận OK tại Rx

Truyền lại sau timeout

Negative acknowledgement (NACK): truyền lại frame

o Các phương pháp ARQ

Stop and Wait ARQ

Continuous ARQ

Go-back-N ARQ

Selective-reject (or repeat) ARQ



o Stop and wait ARQ

Tx gửi 1 frame và đợi ACK từ Rx trước khi truyền next frame

Tx phải giữ bản copy của frame đã gửi đến khi nhận đươc ACK

Sử dụng timeout cho các frame hoặc ACK bị mất

Đánh số các frame gửi và nhận để nhận biết khi lặp frame

Ví dụ: sử dụng 1 bit để đánh số frame

A

B

Frame 0

Frame 1

Frame 0

Frame 0

Frame 1

Frame 1AC

K1

ACK

0 Frame 0 AC

K 1

ACK

0

ACK

0

Frame lostA retransmits

ACK 0 lostA retransmits

Timeout Timeout

* *

B discards duplicated frame

8



o Go-back-N ARQ

Tx có thể truyền liên tiếp các frame

Rx gửi negative acknowledgement (REJ) khi phát hiện lỗi

Tx phải truyền lại tất cả các frame từ frame bi lỗi

Tx phải giữ bản copy của tất cả các frame đã gửi

Tx

Rx

Frame 0

Frame 1

Frame 2

Frame 5

Frame 3

Frame 4

ACK

1

NACK

3

ACK

3

Frame 2, 3, 4 retransmitted

Frame 2

Frame 3

ACK

2

*Fram

e 4

ACK

4

ACK

5

Discarded by Rx



o Selective-repeat ARQ

Tx có thể truyền liên tiếp các frame

Rx gửi negative acknowledge (SREJ) khi phát hiện lỗi

Rx lưu lại tất cả các frame OK sau frame bị lỗi

Tx chỉ gửi lại duy nhất frame bị lỗi

Rx phải sắp xếp lại các frame đã lưu sau khi nhận được frame truyền lại

Tx

Rx

Frame 0

Frame 1

Frame 2

Frame 7

Frame 5

Frame 6

ACK

1

NACK

2

ACK

5

Frame 2 retransmitted

Frame 2

Frame 3

ACK

2

*

Frame 4

ACK

6

ACK

7

Frame 2, 3, 4 released

Frame 0

ACK

0

Error Buffered by Rx

9



o Performance

Lựa chọn maximum window size, khi dùng n bit để đánh sốframe

Go-back-N ARQ: N = 2n – 1

Ví dụ: Go-back-N, n = 2

ACK

1

A

B

Frame 0

Frame 1

Frame 1

Tx goes back 4

Frame 2

Frame 3

ACK

2*

Frame 0

Rx does not know old frame 0 or new one

* *

ACK

3 *

ACK

4

Frame 2

Frame 3

ACK

1

A

B

Frame 0

Frame 1

Frame 2

Tx goes back 3

Frame 2

Frame 0

ACK

2*

Frame 1

*

ACK

3

Rx reject the old frame 0

N = 22 = 4, Go-back- 4 N = 22 - 1 = 3, Go-back- 3



Selective-repeat ARQ: N = 2n – 1

Ví dụ: Selective-repeat ARQ, n = 2

ACK

1

A

B

Frame 0

Frame 1

Frame 0 resent

Frame 2

Frame 0

ACK

2**

ACK

3

Receiver window [3, 0, 1]Receiver window [2,3]

ACK

1

A

B

Frame 0

Frame 1

Frame 0 resent

Frame 0

ACK

2**

Frame 0 rejected

N = 22 = 4, Send win = Receive win = 3 N = 22 = 4, Send win = Receive win = 2

10



Performance: Stop-and-wait ARQ

P: xác suất lỗi khung

Nf = số lần truyền khung trung bình

freeerrorr

UN1U −=

∑ −=−⋅= −

P11P)(1PiN 1i

r

2a1P1

2a11

N1U

r +−

=+

⋅=

Tx Rx

tframe

tprop

NACK

NACK

ACK



Performance: Go-back-N ARQ



P11)P(K1

P)(1P2K)(1P)(1PK)(1P)(11N 2r

−−+

=

++−⋅⋅++−⋅⋅++−⋅≈ L

NK:2a1N2a1K:2a1N

=+<•+=+≥•

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

+<+−+

−=

+⋅

−+−

+≥+−

=−+

−

=2a1N,

NP)P2a)(1(1P)N(1

2a1N

1)P(K1P1

2a1N,2aP1P1

1)P(K1P1

U

Tx Rx

tf

tp

NACK

012

3012

34

11





Performance: Selective-repeat ARQ

⎪⎩

⎪⎨⎧

+<+−

+≥=

2a1N,2a1

P)N(12a1NP,-

U1

∑ −=−⋅= −

P11P)(1PiN 1i

r

Tx Rx

tf

tp

NACK

012

3045

6



• Các giao thức của tầng liên kết dữ liệu

High Level Data Link Control (HDLC)

o ISO phát triển từ IBM sychronous DLC (SDLC)

o Cơ chế chèn bit (bit-stuffing), data transparency

o Hỗ trợ truyền đồng bộ, HDX, FDX, point-to-point

o Flow control: X-ON / X-OFF

o Error control: Go-back-N, Selective-repeat ARQ

Point to point protocol (PPP)

o Tạo kết nối điểm-điểm

Router-router leased line (PPP), dial-up host-router (PPP, SLIP)

o Chuẩn chính thức của Internet, làm việc ở tầng liên kết dữ liệu

o Làm việc trên dial-up tel line, SONET, ADSL, X25, ISDN, …

o Chức năng: error detection, IP address negotiation, authentication

12



HDLC

o Họ giao thức HDLC

SDLC: IBM

HDLC: ISO

Link Access Procedure Balanced (LAPB): X25

Link Access Procedure for D-channel (LAPD): ISDN

PPP: Internet

Logical Link Control (LCC): IEEE

Frame relay

o Chế độ hoạt động của HDLC

Configurations: Balanced, unbalanced link

Mode: Normal Response Mode (NRM) – unbalanced multipoint

Asynchronous Response Mode (ARM) – unbalanced PPP

Asynchronous Balanced Mode (ABM) – balanced PPP



NRM: polling multidrop lines

Primary

Secondary Secondary Secondary

Commands

Response

Primary

Secondary

Commands Secondary

PrimaryResponses

Responses

Commands

ABM: Asynchronous Balanced Mode

Mode được chọn khi thiết lập liên kết

13



o HDLC frame format

Flag (01111110): Bắt đầu và kết thúc frame, sử dụng trong đồng bộ

Address (có thể mở rộng): xác định secondary trong multidroplink

Control: Xác định dạng frame

FCS: CRC-16 hoặc 32

Flag Address Control Information FCS Flag

8 8Extendable

8/16 Variable 16/32 8



o HDLC frame types: I-frame, U-frame, S-frame

0 N(S) P/F N(R)

1 0 S S 0 0 0 0 P/F N(R)

0 N(S) P/F N(R)

1 0 S S P/F N(R)

1 1 M M P/F M

I frame

S frame

U frame

16-bit control field format

8-bit control field format

I frame

S frame

N(S): send sequence #N(R): receive sequence #S: super functions bitsM: Unnumbered functions bitsP/F: Poll / Final bits

14



I-frame: User data

Mỗi frame có số thứ tự N(S)

Cơ chế ACK:

+ N(S) = số thứ tự của frame đang gửi

+ N(R) = số thứ tự của frame đợi nhận tiếp theo, xác nhậnđã nhận OK các frame có số thứ tự đến N(R)-1

Sử dụng 3 hoặc 7 đánh số thứ tự các frame: Kích thướccửa sổ cực đại là 7 hoặc 127

P/F: Trong NRM, chế độ hỏi vòng của primary (P=1), secondary thiết lập F=1 khi gửi đáp ứng với khung I cuốicùng



S-frame: error control + flow control

Receive Ready (RR), Receive Not Ready (RNR), Reject (REJ): Go-back-N ARQ, Selective Reject (SREJ): Selective-repeat ARQ

RR: SS = 00, ACK đã nhận OK N(R)-1 frame

REJ: SS = 01, NACK frame N(R) đầu tiên có lỗi, Tx phảigửi lại frame N(R) và các frame sau đó

RNR: SS = 10, ACK đã nhận OK frame N(R)-1, khôngnhận tiếp các I frame

SREJ: SS = 11, NACK cho frame N(R) và yêu cầu truyềnlại frame này

15



U-frame: Link initialization, maintenance, disconnection

Cung cấp commands + response: mode settings, recovery

Mode settings: thiết lập chế độ liên kết

+ SABM: Set Asynchronous Balanced Mode

+ UA: ACK đã chấp nhận các lệnh thiết lập chế độ

+ DISC: Hủy bỏ liên kết logic đã thiết lập

Truyền tin giữa các trạm sử dụng unnumbered info (UI)

Recovery: khi error/flow control không thực hiện được

+ FRMR: frame có FCS đúng, nhưng sai cú pháp

+ RSET: Tx khởi tạo lại số thứ tự các frame được gửi

SABM DISC UAUAData

transfer



Ví dụ: HDLC sử dụng NRM (polling)

Primary A Secondary B, C

*B, I, 0, 0B, I, 1, 0B, I, 2, 0, F

B truyền 3 I-frameN(S) N(R)

C, RR, 0, F C không truyền gì

B, I, 1, 0B, I, 3, 0B, I, 4, 0, F

B truyền lạiframe 1, 3, 4

A hỏi vòng B B, RR, 0, PN(R)

B, SREJ, 1C, RR, 0, P

A từ chối frame 1A hỏi vòng C

B, SREJ, 1, PA hỏi vòng Byêu cầu truyềnlại frame 1

A truyền frame 0tới B, ACK đãnhận OK đếnframe 4

B, I, 0, 5

16



Ví dụ: HDLC sử dụng ABM

Station A Station B

*A, I, 0, 0

A, I, 2, 1

B, REJ, 1

A ACK đã nhậnOK frame 0

B, RR, 2 A ACK frame 1

B truyền 5 frame B, I, 0, 0B, I, 1, 0 A, I, 1, 1B, I, 2, 1B, I, 3, 2

B, I, 4, 3 A, I, 3, 1B, I, 1, 3

B, RR, 3B, I, 2, 4

B, I, 3, 4

B gửi lại frame 1

A ACK frame 2

A từ chối frame 1



PPP

Flag01111110

Address11111111

Control00000011 Information CRC Flag

01111110Integer # of bytes

Protocol

o Giống HDLC, nhưng là giao thức hương byte

Flag 01111110 được coi như là ký tự 0x7E

Chèn byte (byte stuffing) sử dụng ký tự đặc biệt: 0x7D

o Address: luôn luôn là 11111111 các trạm đều nhận được frame

o Control: U-frame (không có thứ tự các frame được truyền)

o Protocol: cho biết loại packet chứa trong information (IP, IPX, LCP, NCP …)

User’s home

Modem

ISP’s office

TCP/IP connectionusing PPPor SLIP

Dial-up tel. line

17



o Link Control Protocol (LCP): Quản lý kết nối, hỗ trợ multilink (kếthợp nhiều kết nối vật lý vào 1 đường kết nối logic), authentication (sử dụng ID và password: Password Authentication Protocol -PAP)

o Network Control Protocol (NCP): hỗ trợ IP, IPX, Decnet, Apple Talk), dynamic IP address assigment

o Byte stuffing in PPP

Control escape: 0x7D

Khi xuất hiện flag hoặc control escape bên trong frame, chènvào 0x7D (01111101) và dữ liệu tương ứng đươc XOR với0x20 (00100000)

41 7D 42 7E 50 70 46

Dữ liệu cần truyền

7E 41 7D 5D 42 5E7E 50 70 46 7E

Sau khi stuffing và framing



Dead

EstablishTerminate

Open Authentication

Network

1. Carrier detect

2. Optionsnegotiated

3. Authenticationcompleted

4. NCPconfiguration

6. Done

5.

7. Carrier dropped

Failed

Failed

o PPP phaseHome PC kết nối với ISP

1. PC calls router via modem2. PC and router exchange LCP

packets to negotiate PPP3. Check on identities4. NCP packets exchanged to

configure the network layerTCP/IP (require IP address assignment)

5. Data transport: send/receiveIP packets

6. NCP used to tear down the network layer connection (freeup IP address); LCP used to shut down data link layer connection

7. Modem hangs up

18



• Bridge: transparent và source routing

Repeater, bridge: làm việc ở tầng liên kết dữ liệu để liên kết nhiềuphân lớp mạng với MAC format khác nhau, data rate khác nhau, kíchthước frame khác nhau

Tổng quát về bridge

802.3

802.3

802.3

802.3

802.5

802.5

802.5

802.5

802.3 802.5

Network

LLC

MAC

PHY

Network

LLC

MAC

PHY

CSMA/CD Token Ring



Transparent bridge

o Kết nối IEEE LAN đảm bảo data transparency

o Sử dụng bảng tham chiếu (table lookup)

o Sử dụng phương pháp học sau để xây dựng bảng tham chiếu

Theo dõi địa chỉ nguồn của mạng LAN gửi đến

Theo dõi sự thay đổi cấu trúc mạng để cập nhật bảng thamchiếu

Bridge

LAN 1

LAN 2

S1 S2 S3

S4 S5 S6

19



B1LAN 1 LAN 2

S1 S2 S3 S4 S5

B2Port 1 Port 2 Port 1 Port 2

Address Port Address Port

o Ví dụ

LAN 3



LAN 1 LAN 2

S1 S2 S3 S4 S5

Port 1 Port 2 Port 1 Port 2

Address PortS1 1

Address PortS1 1

S1 S5

S1 S5

S1 S5

S1 S5

B1 B2

LAN 3

20



S3 S2

S3 S2

LAN 1 LAN 2

S1 S2 S3 S4 S5


Address PortS1 1S3 2

Address PortS1 1S3 1

S3 S2

B1 B2

S3 S2LAN 3

S3 S2



S4 S3

S4 S3

LAN 1 LAN 2

S1 S2 S3 S4 S5


Address PortS1 1S3 2S4 2


S4 S3

B1 B2

S4 S3

S4 S3S4 S3LAN 3

S4 S3

21



S2 S1

LAN 1 LAN 2

S1 S2 S3 S4 S5


S2 S1

Address PortS1 1S3 2S4 2S2 1


B1 B2

LAN 3

S2 S1



Ngăn chặn vòng lặp sử dụng spanning tree algorithm

o Chọn bridge có root ID thấp nhất làm root bridge (RB)

o Xác định root port (R) cho từng bridge, trừ RB: port cóđường đi ngắn nhất (least-cost) tới RB

o Chọn designated bridge (D) cho từng mạng LAN:

+ bridge có đường đi ngắn nhất từ mạng LAN tới RB

+ Designated port: nối mạng LAN với D

o Tất cả các root port R và designated port D được thiết lậptrạng thái chuyển tiếp (forwarding). Chỉ các port này đượcphép chuyển tiếp frame. Các port còn lại được thiết lập trạngthái khóa (blocking)

22



B1 B2

B3

B4

B5

LAN4

LAN3

LAN1

LAN2

1 1

2

1

2

1

2

1

2

2 3

B1 B2

B3

B4

B5

LAN4

LAN3

LAN1

LAN2

1 1

2

1

2

1

2

1

2

2 3

RBID = 1

o Ví dụ: Giả sử cost cho mỗi LAN đều bằng nhau

1. B1 được chọn làm root bridge



D

B1 B2

B3

B4

B5

LAN4

LAN3

LAN1

LAN2

1 1

2

1

2

1

2

1

2

2 3

RBID = 1

R

R

R

R

B1 B2

B3

B4

B5

LAN4

LAN3

LAN1

LAN2

1 1

2

1

2

1

2

1

2

2 3

RBID = 1

R

R

R

R

D

2. Root port được chọn cho từng bridge trừ RB 3. Chọn designated bridge cho mỗi LAN

DD

4. Thiết lập root port và designated port

23



Network analyzer: Ethereal

o Do Gerald Combs [email protected] , www.ethereal.com

o Ethereal có thể bắt, hiển thị và phân tích các frame qua Ethernet NIC

o Chuỗi các frame và nội dung của frame có thể được phân tích chi tiết ở mức byte

o Rất hữu hiệu khi phân tích lỗi mạng, đồng thời là phần mềm dạyhọc

o Chọn website www.vnexpress.net làm ví dụ


1/2007 Chương 3Chương 3. Kết nối mạng ở lớp 2 - tầng liên kết dữ liệuEthereal window

Top paneFrame/packet

sequence

Middle paneEncapsulation for

a given frame

Bottom paneGiá trị Hexa & text tương ứng

24


1/2007 Chương 3Chương 3. Kết nối mạng ở lớp 2 - tầng liên kết dữ liệuTop pane: Frame sequence

DNS query TCP Connection Setup

HTTP request & response


1/2007 Chương 3Chương 3. Kết nối mạng ở lớp 2 - tầng liên kết dữ liệuMiddle pane: Encapsulation

Protocol type Ethernet destination and source addresses

25



Protocol type

IP packet

Ethernet destination and source addresses



TCP segment

Source and destination port numbers

GET

HTTPrequest

26



Tổng kết

• Tầng liêt kết dữ liệu (DLL)

Framing

Flow control: Stop-and-wait control, sliding window

Error control: Stop-and-wait ARQ, Go-back-N ARQ, selective-repeat ARQ

• Giao thức của tầng liên kết dữ liệu

HDLC: HDLC frame format, operation mode

PPP: PPP frame format

• Kêt nối và mở rộng mạng ở tầng liên kết dữ liệu

Transparent bridge: self-learning của bảng tham chiếu

Spanning tree algorithm: ngăn chặn vòng lặp trong kết nối mạng

1


1/2007 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet

Tổng quan về mạng Internet và giao thức TCP/IP• Datagram và Virtual Circuits (VC)

• Routing trong mạng chuyển mạch gói

• Shortest path routing

• Giao thức IP

Internet protocol

ARP, ICMP

Internet routing protocols

DHCP, NAT, mobile IP

• Giao thức TCP và UDP

UDP

TCP



•Giới thiệu tổng quan về kiến trúc mạng Internet

Internetworking

o Network of networks – Internet

Hoạt động với nhiều mạng và công nghệ mạng khác nhau

Cung cấp đường kết nối để truyền các gói IP

Net 1Net 1

Net 3Net 3

Net 4Net 4

Net 2Net 2

G

GNet 5Net 5

G

G

G

GH

H

H

H H

2



Lớp mạng. Vì sao?

Lớp mạng trợ giúp việc gửi tin từ A đến B hiệu quả hơn



Đặc điểmCung cấp khả năng kết nối và lựa chọn đường đi giữa hai máy tính thuộc hai

mạng khác nhau

– Định dạng gói tin (packet)– Kênh ảo (Virtual circuit)– Tuyến (Route), bảng định tuyến (routing table),

giao thức định tuyến (routing protocol)– Điạ chỉ logic– Phân mảnh gói tin (Fragmentation)– …..

3



Phân chia thành nhiều đoạn mạng. Vì sao?

Số lượng mạng tăngKích thước mạng tăng



Phân chia thành nhiều đoạn mạng. Vì sao?

Số lượng host lớn trên cùng đoạn mạng dẫn đến tắc nghẽn và không sửdụng được

Điều khiển lưu lượng và giảm broadcastCác mạng riêng biệt được quản lý bởi các tổ chức riêng

4



Kết nối lớp 3

Thiết bị lớp 3 kết nối các mạng khác nhau dựa trên cấu trúc địa chỉ phân cấp.



RouterBộ định tuyến (Router) kết nối các mạng khác nhauRouter lựa chọn đường đi tối ưu của gói tin dựa trên thông tin của lớp 3.

5



Internet protocol: Kết nối mạng thông qua router

o Các gói tin IP truyền thông tin qua mạng Internet qua các giaodiện của mạng:

Host A IP router router … router host B IP

o Layer IP trong mỗi router sẽ xác định chặng tiếp theo (router tiếptheo)

Net 1Net 1

Net 4Net 4

Net 2Net 2 Net 3Net 3

Transport

Internet

Network Interface

Application

Host A

Transport

Internet

Network Interface

Application

Host B

Internet

Network Interface

Router Internet

Network Interface

Router

Internet

Network Interface

Router



Bộ giao thức TCP/IP

6



Mạng chuyển mạch gói

o Truyền các gói tin giữa các user

oChế độ làm việc

Connectionless

Virtual circuit

Datagram

o Message chia thành các packet

o Địa chỉ nguồn và đích đặt

trong packet header

o Packet có thể đến đích

không theo trật tự

`

`

P 1P 2

Messa

ge

Message



Virtual circuito Giai đoạn thiết lập liên kết

(call set-up phase): xác địnhcon trỏ theo đường dẫn trong mạng

o Các packets trong kết nốiđi theo cùng đường dẫn

o VCI

`

`

Packe

t

Packet

Virtual circuit

Packet

Packet

7


1/2007 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng InternetĐịnh tuyến trong mạng chuyển mạch gói

o Có thể có 3 tuyến từ node 1 tới node 6: 1-3-6, 1-4-5-6, 1-2-5-6

o Tuyến nào tối ưu nhất? : Min delay, min hop, max BW, min cost

o Thuật toán định tuyến

Truyền nhanh và chính xác

Thích ứng với thay đổi của cấu hình mạng (link & node failure)

Thích ứng với sự thay đổi lưu lượng mạng từ nguồn đến đích

o Centralized vs distributed routing, static vs dynamic routingTạo bảng định tuyến (routing table - RT)

o Cần có thông tin về trạng thái link

o Sử dụng thuật toán định tuyến đểthông báo trạng thái link: broadcast, flooding

o Tính toán tuyến theo thông tin:

Single metric, multiple metric

Single route, alternate route

1 36

4

52

Node (Switch hoặc Router)



5

1 36

4

52

Định tuyến trong Virtual-circuit (VC) packet network

o Tuyến được xác lập khi khởi tạo liên kết

o Các bảng định tuyến trong các router thực hiện chuyển tiếp packet theo tuyến đã được xác lập

AB

C D

Host

1 27

8

512

345

3

6 2

VCI

Switch or Router

8



6

o RT trong VC packet network

Incoming Node VCI

Outgoing Node VCI

A 1 3 2

A 5 3 3

3 2 A 1

3 3 A 5

Incoming Node VCI

Outgoing Node VCI

1 2 6 7

1 3 4 4

4 2 6 1

6 7 1 2

6 1 4 2

4 4 1 3

Incoming Node VCI

Outgoing Node VCI

2 3 3 2

3 4 5 5

3 2 2 3

5 5 3 4

Incoming Node VCI

Outgoing Node VCI

C 6 4 3

4 3 C 6

Incoming Node VCI

Outgoing Node VCI

4 5 D 2

D 2 4 5

Incoming Node VCI

Outgoing Node VCI

3 7 B 8

3 1 B 5

B 5 3 1

B 8 3 7

Node 1 Node 3

Node 5

Node 4

Node 6

Node 2

A B

D

C

1 2

78

5 3

4

5

2

3

2

15

Ví dụ: VCI từ A DTừ A & VCI 5 3 & VCI 3 4 & VCI 4 5 & VCI 5 D & VCI 2



o RT trong Datagram packet network

Destination Next node

2 2

3 3

4 4

5 2


1 1

2 4

4 4

5 6

6 6


1 1

2 2

3 3

5 5Destination Next node

1 1

3 1


1 4

2 2


1 3

2 5

3 3

4 3

Node 1 Node 3

Node 5

Node 4

Node 6

Node 2

A B

D

C

6 3

5 5

4 4

5 5

6 5

6 3

3 4

4 4

6 6

9



• Định tuyến (routing) trong mạng chuyển mạch gói

Định tuyến đặc biệt: flooding và deflection

o Flooding

Gửi gói tin tới tất cả các node trong mạng: Không cần bảng địnhtuyến, sử dụng kiểu quảng bá để gửi các packet tới các nútmạng

Limited-flooding:

Time-to-live cho mỗi gói tin: giới hạn số chặng chuyển tiếp

Trạm nguồn điền số thứ tự cho mỗi packet

1 36

4

52

1 36

4

52

1 36

4

52


1/2007 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Interneto Deflection routing

Network chuyển tiếp các packet tới các cổng (port) xác định

Nếu port này busy, packet sẽ được chuyển hướng tới port khác

0, 0 0, 1 0, 2 0, 3

1, 0 1, 1 1, 2 1, 3

2, 0 2, 1 2, 2 2, 3

3, 0 3, 1 3, 2 3, 3

Node (0, 2) (1, 0) Busy

10



• Shortest path routing

Shortest path & routing

o Có nhiều tuyến kết nối giữa nguồn và đích

o Định tuyến: chọn tuyến kết nối ngắn nhất (shortest path - SP) thựchiện phiên truyền dẫn

o Mỗi tuyến kết nối giữa 2 node được gắn cost hoặc distance

Routing metrics: Tiêu chí đánh giá tuyến

o Path length: Tổng cost hoặc distance

o Các tiêu chí:

Đếm số chặng (hop count)

Reliability, link reliability, BER

Delay

Bandwidth

Load

ij

CijDj

Destination

Nếu Dj là khoảng cách ngắn nhấttới đích từ node j, và nếu node jliền kề nằm trên SP Di = Cij + Dj



Các phương án

o Distance vector protocol (DVP)

Các node kề nhau trao đổi thông tin về khoảng cách đi tới đích

Xác định chặng tiếp theo (next hop - NH) tới địa chỉ đích

Thuật toán Bellman-Ford SP (phân tán)

o Link state protocol (LSP)

Thông tin về link state được gửi tới tất cả các router (flooding)

Router có thông tin đầy đủ về cấu hình mạng

SP và NH được tính toán

Thuật toán Dijkstra SP (tập trung)

Distance vector (DV): Vector khoảng cách

o Routing table (RT) cho mỗi địa chỉ đích: next-node (NN), distance

o Tổng hợp RT: Các node lân cận trao đổi RT, xác định next hope

11



Bellman-Ford algorithm

1. Initialization

Khoảng cách từ node d tới chính nó: Dd = 0

Khoảng cách từ node i bất kỳ tới d: Di = ∞, i ≠ d

Node tiếp theo chưa được xác định: ni = -1, i ≠ d

2. Send step

Cập nhật DV cho các node kề bên qua đường link trực tiếp

3. Receive step

Tại node i, tìm NH có khoảng cách ngắn nhất tới d

Di(d) = MinjCij + Dj, i ≠ j

Thay cặp giá trị cũ (ni, Di(d)) bằng giá trị mới (ni*, Dj

*(d))nếu tìm được NN mới

Quay lại bước 2 cho đến khi không còn thay đổi thêm nữa



Iteration Node 1 Node 2 Node 3 Node 4 Node 5Initial (-1, ∞) (-1, ∞) (-1, ∞) (-1, ∞) (-1, ∞)

1 36

4

52

21

25

3

4

1 3 2

Node 2 Node 62-1-3-6: 3 + 2 + 1 = 62-4-3-6: 1+ 2 + 1 = 42-5-6: 4 + 2 = 6Đường nào ngắn nhất?

(n, Di)n: NN đi tới đíchDi: khoảng cách ngắn nhấttừ node i tới đích

12



Iteration Node 1 Node 2 Node 3 Node 4 Node 5Initial (-1, ∞) (-1, ∞) (-1, ∞) (-1, ∞) (-1, ∞)

1 (-1, ∞) (-1, ∞) (6, 1) (-1, ∞) (6, 2)2 (3, 3) (5, 6) (6, 1) (3, 3) (6, 2)3 (3, 3) (4, 4) (6, 1) (3, 3) (6, 2)

1 36

4

52

21

25

3

4

1 3 2

4 (3, 3) (4, 4) (6, 1) (3, 3) (6, 2)



Iteration Node 1 Node 2 Node 3 Node 4 Node 5(3, 3) (4, 4) (6, 1) (3, 3) (6, 2)

1 36

4

52

2

25

3

4

1 3 2

o Khi có lỗi mạng

Update 1 (3, 3) (4, 4) (4, 5) (3, 3) (6, 2)Update 2 (3, 7) (4, 4) (4, 5) (5, 5) (6, 2)Update 3 (3, 7) (4, 6) (4, 7) (5, 5) (6, 2)Update 4 (2, 9) (4, 6) (4, 7) (5, 5) (6, 2)

2

2

Update 5 (2, 9) (4, 6) (4, 7) (5, 5) (6, 2)

13



• Link-state algorithm

Quá trình 2 giai đoạn

o Mỗi node nguồn được nhận bản đồ (map) của tất cả các node khácvà link-state của mạng

o Tìm SP trên bản đồ từ node nguồn tới tất cả các node đích

Quảng bá thông tin về link-state

o Mỗi node i trong mạng gửi quảng bá tới từng node mạng:

ID của node liền kề: Ni = tập hợp của các node liền kề node i

Khoảng cách tới node liền kề của nó Cij | j Ni∈



Dijstra algorithm: tìm SP theo thứ tự

o N: tập hợp các node đã tìm thấy SP

o Initialization (Bắt đầu với node nguồn s)

N = s, Ds = 0: Khoảng cách từ node s tới chính nó bằng 0

Dj = Csj, j ≠ s: Khoảng cách tới node liền kề kết nối trực tiếp

o Step A (Tìm node i gần nhất)

Tìm node i N sao cho Di = min Dj với j N

Cập nhật node i vào tập hợp N

Nếu N chứa tất cả các node, STOP

o Step B (cập nhật minimum cost)

Với mỗi node j N, tính Dj = min (Dj, Di + Cij)

Quay lại step A

∉ ∉

∉

14



2 2

Thực hiện thuật toán Dijkstra

o Ví dụ: Tìm SP cho Node 1

1 36

4

52

21

53

4

1 3 2

Iteration N D2 D3 D4 D5 D6

Initial 1 3 2 5 ∞ ∞1 1, 3 3 2 4 ∞ 3

1 36

4

52

21

32

2 1, 2, 3 3 2 4 7 33 1, 2, 3, 6 3 2 4 5 34 1, 2, 3, 4, 6 3 2 4 5 35 1, 2, 3, 4, 5, 6 3 2 4 5 3



o RT của node 1

Destination Next node Cost2 2 33 3 24 3 45 3 56 3 3

o Khi có link bị hỏng

Router thiết lập khoảng cách của link về ∞ và gửi thông báocập nhật sử dụng phương pháp flooding

Tất cả các router sẽ tính toán và cập nhật SP

o Vấn đề thông báo cập nhật link cost

Gắn số thứ tự cho mỗi thông báo về cập nhật link cost

Kiểm tra mỗi thông báo đến. Nếu là thông báo mới, cập nhật vàgửi quảng bá. Nếu là thông báo cũ, gửi lại theo link đến

15



1 36

4

52

Source routing

o Source chỉ định tuyến cho các packet

Strict: Source chỉ định tất cả các node cho packet

Loose: Chỉ một phần các node được chỉ định

A

BSource

Destination

1, 3, 6, B 3, 6, B6, B

B



• Internet protocol (IP)

IP packet header: tối đa 20 byte, trường option không quá 40 byte

Version IHL Type of Service Total LengthIdentification Flags

0 4 8 16 19 24 31

Time To Live Protocol Header ChecksumFragment Offset

Source IP AddressDestination IP Address

Options Padding

16




0 4 8 16 19 24 31



Options Padding

Version: IPv4

Internet Header Length (IHL): Độ dài IP header tính theo 32 bit/word

Type of Service (ToS): Mức ưu tiên cho packet tại mỗi router.

Total Length: Số byte các IP packet, bao gồm header và data (< 65536)

Identification, Flags, Fragment Offset: Sử dụng trong fragmentation và reassembly




0 4 8 16 19 24 31



Options Padding

Time To Live (TTL): Số chặng tối đa cho mỗi packet được phép đi qua

Qua mỗi router trên đường tới đích, TTL giảm 1 đơn vị

Protocol: Báo cho layer phía trên IP data trong packet tại đích

TCP (6), UDP (17), ICMP (1)

Header Checksum: Kiểm tra tính chính xác của IP header nhận được

Source IP, Destination IP address: Địa chỉ IP của tram nguồn và đích

Nếu TTL đạt giá trị 0 trước khi tới đích, router hủy IP packet, gửithông báo lỗi tới nguồn

17




0 4 8 16 19 24 31



Options Padding

Option: có độ dài thay đổi, cho phép packet yêu cầu một số tùy chọnđặc biệt - mức bảo mật, timestamp cho packet tại mỗi router

Padding: đảm bảo header la số nguyên lần các từ 32 bit



Xử lý IP header

o Kiểm tra độ chính xác của IP header thông qua tính toán Header Checksum, đồng thời kiểm tra tính hợp lệ của các trường trong header (IP version, length, …)

o Xác định chặng tiếp theo sử dụng bảng định tuyến

o Cập nhật các trường cần thiết: TTL, header checksum, …

Phương pháp địa chỉ hóa IP

o Mỗi trạm có địa chỉ IP 32 bit duy nhất: NetID, hostID

o NetID là duy nhất, được sử dụng trong định tuyến, được quản lý bởi

American Registry for Internet Numbers (ARIN)

Reseaux IP Europeens (RIPE)

Asia Pacific Network Information Center (APNIC)

o Mỗi liên kết vật lý sử dụng địa chỉ vật lý duy nhất; multi-home host

o Biểu diễn trong hệ 10 cho mỗi octet (VD: 128.10.1.2)

18



Phân lớp địa chỉ IP

0 NetID HostID

Class A

Tối đa 126 mạng với tối đa 16 triệu host / mạng: 1.0.0.0 đến 127.255.255.255

1 NetID HostID

Tối đa 16382 mạng với tối đa 64000 host / mạng: 128.0.0.0 : 191.255.255.255

0

Class B

1 NetID HostID

Tối đa 2 triệu mạng với tối đa 254 host / mạng: 192.0.0.0 : 223.255.255.255

1

Class C

0

7 24

14 16

821

1 Multicast

Tối đa 250 triệu multicast group: 224.0.0.0 : 239.255.255.255

1

Class D

1

28

0



Một số địa chỉ IP đặc biệt

0 0 … 0 0 0 0 … 0 0 This host (used in booting up)

0 0 … 0 0 Host A host in this network

1 1 … 1 1 1 1 … 11

NetID 1 1 … 1 1

Broadcast on a local network

Broadcast on a distant network

Địa chỉ IP đặc biệt dùng trong mạng riêng (private IP address)

o Router trong mạng chung từ chối packet với các địa chỉ IP này

o Range 1: 10.0.0.0 – 10.255.255.255

o Range 2: 172.16.0.0 – 172.31. 255.255

o Range 3: 192.168.0.0 – 192.168.255.255 (Home LAN)

o Network Address Translation (NAT): chuyển đổi IP riêng vàtoàn cầu

19



Network128.135.0.0

Network128.135.0.0 Router Network

128.140.0.0

Network128.140.0.0

Interface address128.135.10.2

Interface address128.140.5.35

128.135.40.1

128.135.10.20128.135.10.21

128.140.5.40

128.140.5.36

o HostID = all 0: tham chiếu tới mạng được chỉ ra bởi NetIDo HostID = all 1: truyền quảng bá packet trong mạng với NetID

Ví dụ: IP addressing



Địa chỉ hóa mạng con (Subnet Addressing - SA)

o SA sử dụng cấu trúc mạng ở mức thấp hơn trong mạng hiện tại

o Trong suốt đối với mạng ở bên ngoài

o Đơn giản hóa việc quản lý nhiều mạng LAN

o Mặt nạ (masking): sử dụng để xác định số mạng con (subnet)

1 0 NetID HostIDĐịa chỉ IP (lớp B)

1 0 NetID SubnetIDĐịa chỉ subnet HostID

20



Ví dụ: 1 tổ chức có địa chỉ IP lớp B với netID: 150.100.0.0 (16 bit hostID)

o Tạo các mạng con có tối đa 100 host/subnet

7 bit: vừa đủ cho mỗi subnet đạt số host yêu cầu

16 – 7 = 9 bit: subnetID

o Áp dụng subnet mask cho địa chỉ IP để tìm mạng con tương ứng

o Ví dụ: Tìm subnet cho địa chỉ IP 150.100.12.176

o Địa chỉ IP: 10010110 01100100 00001100 10110000

o Mask: 11111111 11111111 11111111 10000000

o AND: 10010110 01100100 00001100 10000000

o Subnet: 150.100.12.128

o Broadcast subnet: 150.100.12.255

o Các host kết nối vào subnet: 150.100.12.129 – 150.100.12.254

o Các router chỉ sử dụng đia chỉ subnet bên trong tổ chức này



H1 H2

H3 H4

R1

R2 H5

Tới mạngInternet

150.100.0.1

150.100.12.154 150.100.12.176

150.100.12.129

150.100.12.128

150.100.12.0

150.100.15.0

150.100.12.4

150.100.12.24 150.100.12.55

150.100.12.1

150.100.15.54 150.100.15.11

Dest.: 150.100.15.11

10010110 01100100 00001111 00001011IP

Mask 11111111 11111111 11111111 10000000

AND 10010110 01100100 00001111 00000000

Ví dụ: Giả sử 9 bit subnetID và 7 bit hostID

Subnet 150.100.15.0

21



Định tuyến với subnetwork

o IP layer trong host và router lưu giữ routing table (RT)

o Host: tham chiếu RT

Nếu host đích cùng mạng, gửi packet trực tiếp tới host đích sửdụng giao diện mạng tương ứng

Nếu không cùng mạng, gửi packet gián tiếp qua default router

o Router: Kiểm tra điạ chỉ IP của packet nhận được

Nếu không biết IP đích, tham chiếu RT và xác định next hop

o Routing table

Mỗi dòng trong RT chứa: Dest. IP , next-hop router IP, subnet mask, phy. address, network interface, statistics, flag

Flag

H = 1/0: định tuyến tới host/network

G = 1/0: định tuyến tới router (gateway)/trực tiếp



H1 H2

H3 H4

R1

R2 H5


150.100.0.1

150.100.12.154 150.100.12.176

150.100.12.129

150.100.12.128

150.100.12.0

150.100.15.0

150.100.12.4

150.100.12.24 150.100.12.55

150.100.12.1

150.100.15.54 150.100.15.11

Dest.: 150.100.12.176

o Ví dụ: Host 5 Host 2

Destination Next hop Flags Net. Interface127.0.0.1 127.0.0.1 H lo0default 150.100.15.54 G emd0

150.100.15.0 150.100.15.54 emd0

Routing table at H5

22



H1 H2

H3 H4

R1

R2 H5


150.100.0.1

150.100.12.154 150.100.12.176

150.100.12.129

150.100.12.128

150.100.12.0

150.100.15.0

150.100.12.4

150.100.12.24 150.100.12.55

150.100.12.1

150.100.15.54 150.100.15.11

Dest.: 150.100.12.176


Destination Next hop Flags Net. Interface127.0.0.1 127.0.0.1 H lo0default 150.100.12.4 G emd0

150.100.15.0 150.100.15.54 emd1

Routing table at R2

150.100.12.0 150.100.12.1 emd0



H1 H2

H3 H4

R1

R2 H5


150.100.0.1

150.100.12.154 150.100.12.176

150.100.12.129

150.100.12.128

150.100.12.0

150.100.15.0

150.100.12.4

150.100.12.24 150.100.12.55

150.100.12.1

150.100.15.54 150.100.15.11

Dest.: 150.100.12.176


Destination Next hop Flags Net. Interface127.0.0.1 127.0.0.1 H lo0

155.100.12.176 150.100.12.176 emd0150.100.12.0 150.100.12.4 emd1

Routing table at R1

150.100.15.0 150.100.12.1 G emd1

23



Vấn đề địa chỉ IP

o 1990: 2 vấn đề nảy sinh

Hết các dải địa chỉ IP

Bảng định tuyến IP phát triển cồng kềnh

o Giải pháp tạm thời

Subnetting

Classless Interdomain Routing (CIDR)

Network Address Translation (NAT)

o Giải pháp lâu dài: IPv6



CIDR và supernetting

o Địa chỉ IP lớp A, B, C không mềm dẻo

o CIDR: NetID với số bit bất kỳ

o Ví dụ: 205.100.0.0/22

22: số bit trong mask – 255.255.252.0

o CIDR định tuyến sử dụng prefix của địa chỉ IP, không để ý tới class

Bảng định tuyến: <IP address, network mask>

Do độ dài prefix thay đổi, từ bảng định tuyến phải xác địnhprefix dài nhất trùng nhau

o Supernetting: CIDR sử dụng kỹ thuật supernetting, cho phép 1 địa chỉ IP đại diện cho 1 nhóm địa chỉ IP (lớp A, B, C)

o Ví dụ: CIDR sử dụng địa chỉ IP 205.100.0.0/22 đại diện cho 4 địa chỉIP phân lớp C (205.100.0.0, 205.100.1.0, 205.100.2.0, 205.100.3.0)

24



Fragmentation và reassembly

o Identification:nhận biết kiểu gói tin

o Flag (3 bit): Unused, MF, (more fragment), DF (don’t fragment)

o Fragment offset: vị trí fragment trong packet (đơn vị 8 byte)


0 4 8 16 19 24 31

Fragment Offset

NetworkNetwork NetworkNetwork

IP IP

Router

Fragment at source

Source Destination

Reassembly at destination

Fragment at router



TotalLength ID MF Fragment

offsetOriginal packet

Fragment 1

Fragment 2

Fragment 3

1504 x 0 0

572 x 1 0

572 x 1 69

400 x 0 138

Ví dụ: Packet được truyền qua mạng với Max. Trasfer Unit (MTU) MTU = 576 byte, header = 20 byte, data = 1484 byte

o Max. data length/frament: 576 – 20 = 556 byte

o Chọn max. data length = 552 (số nguyên lần của 8)

25



Address Resolution Protocol (ARP)

o Địa chỉ IP sử dụng để phân biệt host, nhung được truyền trênđường truyền vật lý sử dụng địa chỉ MAC (ví dụ trong Ethernet)

o ARP: Ánh xạ địa chỉ IP vật lý

H1 H2 H3 H4150.100.76.20 150.100.76.21 150.100.76.22 150.100.76.23

D: 150.100.76.22MAC = ?

H1 H2 H3 H4150.100.76.20 150.100.76.21 150.100.76.22 150.100.76.23

D: 150.100.76.20MAC = 08:00:5A:3B:94

o Reverse ARP (RARP): Nhận địa chỉ IP từ server (bootsttraped)


1/2007 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng InternetInterface: 0.0.0.0 --- 0x2Internet Address Physical Address Type206.38.190.192 00-01-4a-c2-40-ab static

Interface: 192.168.1.3 --- 0x3Internet Address Physical Address Type192.168.1.1 00-01-4a-c2-40-ab static

26



Internet Control Message Protocol (ICMP)

o Được đóng gói trong IP packet (protocol type = 1)

o Xử lý các thông báo điều khiển và lỗi

o Nếu router không gửi được packet, gửi ICMP “host unreachable”đến sender

o Nếu router nhận được packet lẽ ra cần phải gửi tới một router khác, nó gửi ICMP “redirect” tới sender để thay đổi bảng định tuyến

o ICMP “router discovery” cho phép 1 host tìm hiểu về các router trong mạng, khởi động và cập nhật bảng định tuyến

o ICMP echo request (type = 0) và reply (type = 0): sử dụng trong ping



27



Một số giao thức của tầng IP

o Routing information protocol (RIP)

o Open shortest Path First (OSPF)

o Border Gateway Protocol (BGP), Exterior Gateway Protocol (EGP)

o Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP), Network Address Translation (NAT), Mobile IP

Transport Control Protocol (TCP) và User Data Protocol (UDP)

o TCP Reliable Stream Service

o TCP Protocol

o TCP Connection Management

o TCP Error/Flow/Congestion Control

o UDP



TCP/UDPThiết lập 1 kết nối logic giữa các điểm cuối trên mạngTạo ra kết nối end-to-end giữa các ứng dụng:

- Phân đoạn dữ liệu (Segmentation)- Thiết lập kết nối end-to-end- Điều khiển lưu lượng bằng cơ chế cửa sổ trượt- Truyền dẫn tin cậy

28



Thiết lập kết nối



Điều khiển lưu lượng

29



TCP



TCP headerSource & Destination port – Number of the calling, called port Sequence number – Number used to ensure correct sequencing of the arriving data Acknowledgment number – Next expected TCP octet HLEN – Number of 32-bit words in the header Reserved – Set to zero Code bits – Control functions, such as setup and termination of a session Window – Number of octets that the sender is willing to accept Checksum – Calculated checksum of the header and data fields Urgent pointer – Indicates the end of the urgent data Option – One option currently defined, maximum TCP segment size Data – Upper-layer protocol data

30



Cơ chế bắt tay 3 chiều


1/2007 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng InternetCửa sổ trượt

31



Quản lý kếtnối TCP



UDP

UDP là giao thức đơn giản, nó không có cơ chế đảm bảo tin cậy khi truyềndẫnUDP được sử dụng cho các ứng dụng không yêu cầu cao về độ tin cậy và tínhtuần tự của dữ liệu nhận được

32



UDP headerSource port – Number of the calling port Destination port – Number of the called port Length – Number of bytes including header and data Checksum – Calculated checksum of the header and data fields Data – Upper-layer protocol data The protocols that use UDP include:

- TFTP (Trivial File Transfer Protocol) - SNMP (Simple Network Management Protocol) - DHCP (Dynamic Host Control Protocol) - DNS (Domain Name System)



CổngTCP và UDP

TCP và UDP sử dụng khái niệm số hiệu cổng (port number) để chuyển dữ liệulên lớp ứng dụngSố hiệu cổng sử dụng để theo dõi (keep track) các phiên kết nối khác nhau trênmạng tại cùng một thời điểm

33



Các số hiệu cổng được quy định bởi Internet Assigned Numbers Authority (IANA)

http://www.iana.org/assignments/port-numbers

< 1024 dùng cho các ứng dụng phổ biến (mail, web…) > 1024 được dùng cho gán động bởi các client

CổngTCP và UDP



CổngTCP và UDP

34



1031

Phiên http thứ 2 thực hiện giữa cùng một cặpclient và server. Có cùng thông tin về cổng đíchnhưng cổng nguồn khác nhau để phân biệt

80801030

http to www.cisco.com

http to www.cisco.com

Dest. Port = 80 Send packets to web server application

Dest. Port = 80 Send packets to web server application

Trong ví dụ này, hai cửa sổ trình duyệt cùng sử dụng một URL. TCP/IP sử dụng cổng nguồn để phân biệt thông tin cần quay lại cửa sổtrình duyệt chính xác



Phân biệt giữa các kết nối như thế nào?Kết nối được định nghĩa bởi một cặp thông tin:

– Địa chỉ IP nguồn, cổng nguồn (socket nguồn)– Địa chỉ IP đích, cổng đích (socket đích)

CổngTCP và UDP

35



Thực tế với 1 website có nhiều phiên TCP được tạo ra

www.cisco.com

www.google.com

Source IPTCP or UDP

Source Port

Destination IPDestination Port

Connection State

netstat command

1


19/05/06

Môi trường vật lý


19/05/06

Lý thuyết cơ bản của truyền dữ liệu

• Phân tích Fourier• Tín hiệu trong môi trường băng thông hạn chế• Tốc độ truyền tối đa của kênh

2


19/05/06

Tín hiệu khi băng thông hạn chế

Tín hiệu số và biên độ trung bình bình phương phổ Fourier


19/05/06


3


19/05/06

Quan hệ giữa tốc độ truyền và các hài bậc cao



19/05/06

Môi trường truyền dữ liệu

• Điện từ trường• Cáp đôi dây xoắn• Cáp đồng trục• Cáp quang

4


19/05/06

Cáp đôi dây xoắn

(a) Category 3 UTP.(b) Category 5 UTP.


19/05/06

Cáp đồng trục

5


19/05/06

Cáp Quang


19/05/06

Truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang

Suy hao anh sáng qua sợi quang

6


19/05/06

Cáp quang


19/05/06

So sánh giữa nguồn sáng điốt bán dẫn và LED

Cáp quang

7


19/05/06

Mạng quang

Vòng kết nối quang với trạm lặp chủ động


19/05/06

Truyền dẫn không dây

• Phổ điện từ trường• Radio Transmission• Microwave Transmission• Sóng hồng ngoại và sóng millimeter• Lightwave Transmission

8


19/05/06

Phổ điện từ trường


19/05/06

Radio Transmission

(a) Với sóng VLF, LF, và MF, sóng radio đi theo bề mặt đất(b) Với dải sóng HF, chúng phản xạ tầng điện ly

9


19/05/06

Lightwave Transmission


19/05/06

The Local Loop: Modems, ADSL và Wireless

10


19/05/06

Modems


19/05/06

(a) QPSK.(b) QAM-16.(c) QAM-64.

Modems

11


19/05/06

(a) V.32 for 9600 bps.(b) V32 bis for 14,400 bps.

(a) (b)

Modems


19/05/06

Digital Subscriber Lines

Quan hệ của băng thông và khoảng cách trên cáp Category 3 UTP

12


19/05/06

Digital Subscriber Lines


19/05/06

Wireless Local Loops

13


19/05/06

Frequency Division Multiplexing


19/05/06

Wavelength Division Multiplexing

14


19/05/06

Time Division Multiplexing

T1 (1.544 Mbps).


19/05/06

Cable Television (TV cáp)

• Internet trên hệ thống TV cáp• Phân bố tần số• Cable Modems• ADSL so với Cable

15


19/05/06

Hệ thốngTV cáp sơ khai


19/05/06

Internet trên hệ thống TV cáp

16


19/05/06

Fixed telephone system.

Internet trên hệ thống TV cáp


19/05/06

Phân bố phổ

17


19/05/06

Cable Modems

Khoa ®iÖn tö - viÔn th«ng tr−êng §¹i häc b¸ch khoa hµ néi

1

Ph−¬ng tiÖn truyÒn dÉn - Transmission Media -

Ph−¬ng tiÖn h÷u tuyÕn- Guided Media -

Ph−¬ng tiÖn v« tuyÕn - Unguided Media -

M¹ng c«ng céng - Public Networks -

• Copper Cable Coaxial Thinnet Thicknet Twisted Pair UTP STP • Fiber Optic Cable Single Mode Multi Mode

• Radio • Microwave Terrestrial Satellite • Infrared • Laser

• Telephone Network • ISDN • X.25 • ATM • Frame Relay • MPLS • CATV • Power Lines

Gi¸ thµnh Cost

L¾p ®Æt Installation

Suy hao Attenuation

Chèng nhiÔu Noise immunity B¨ng th«ng

Bandwidth

B¶o mËt Security


2CÊu t¹o vµ ph©n lo¹i c¸p ®ång trôc (Coaxial cable)

Or Thick Ethernet (Yellow Ethernet) IEEE 10Base5 RG-8/U, RG-11/U Impedance 50 Ω

Or Thin Ethernet (Black Ethernet) IEEE 10Base2 RG-58 A/U Impedance 50 Ω


3C¸p ®ång trôc dµy (Thicknet) kÕt nèi theo topo d¹ng BUS

dïng bé thu/ph¸t ngoµi (External Transceiver)


4

ChuÈn IEEE cho Thick ethernet (10Base5) 10BASE5 PARAMETERS AND WIRING RULES • Bus topology. 10 Mbps Baseband (full-duplex not

supported). Using Manchester encoding. • Maximum length per segment is 500 meters. • Maximum of 101 segments in a standard Ethernet

(one backbone and 100 branch segments). • Maximum of 1024 stations may be attached to a

10Base5 network.. • Up to 100 transceivers can be attached to a single

500 meter segment. • Minimum distance between transceivers is 2.5

meters. • Maximum length of standard AUI transceiver drop

cable is 50 meters. • Maximum length of office transceiver cable is 12.5

meters. • Both ends of the cable segment must be terminated

with a 50 ohm terminator. • Repeaters may be used to extend the signal thereby

increasing overall cable segment length. • Maximum of 2 repeaters may be used between

devices. In fact, we can use 4 repeaters by "the 5-4-3 rule". So that maximum length of cable is 2.5 km.

1. Transceiver 6. PVC Thinnet Cable 2. Transceiver Cables 7. BNC T-Connector 3. 2 Port AUI Fanout 8. Thinnet BNC Network Card 4. Thicknet AUI Network Card 9. 50 Ohm Terminator 5. Thinnet Repeater 10. Thick Ethernet Trunk Cable


5C¸p ®ång trôc máng (Thinnet) kÕt nèi theo topo d¹ng BUS

dïng T-Connector vµ NIC cã s½n bé thu ph¸t (Built-in Transceiver)


6ChuÈn IEEE cho Thinnet ethernet (10Base2)

10 BASE 2 PARAMETERS AND WIRING RULES • Bus topology. 10 Mbps Baseband (full-duplex not

supported). Using Manchester encoding. • Maximum length per segment is 185 meters. • Maximum of 30 stations per segment are allowed. • Maximum of 1024 stations may be attached to a

10Base2 network. • NIC's come with built-in transceivers so connections are

made directly to NIC via T-connector. • T-connectors must be plugged directly into NIC. There

can not be any cable between T-connector and NIC. • Minimum of 0.5 meter is allowed between T-

connectors. • Both ends of the cable segment must be terminated with

a 50 ohm terminator. One end of the cable must be grounded, the other end must remain ungrounded.

• Terminator must be attached to open jack of T-connector at both ends of the segment. Do not attach terminator directly to cable without T-connector.

• Repeaters may be used to extend the signal. • Maximum of 2 repeaters may be used between devices.

In fact, we can use 4 repeaters by "the 5-4-3 rule". • So that maximum length of cable is 925 meters.

1. 8 Port Repeater 2. Transceiver 3. 50 Ohm Terminator 4. PVC Thinnet Cable 5. Thinnet Tap Wallplate 6. Thinnet Drop Cable 7. Self-terminating Drop Cable 8. Network Card 9. No Drop Wallplate 10. No Drop Cable 11. Thinnet Tap 4 Port Expansion Box 12. BNC T-Connector 13. Thick Ethernet Trunk Coax Cable


7S¬ ®å ®i d©y luËt 5-4-3 dïng 4 repeater


8CÊu t¹o vµ ph©n lo¹i c¸p xo¾n kÐp (Twisted-pair cable)


9ph©n h¹ng C¸p UTP (ScTP) theo chuÈn EIA/TIA 568A (EIA/TIA Electronic Industry Association/Telecommunication Industry Association)

Category MAx Data rate Application

1 1 Mbps one twisted-pairs for traditional telephone voice communication (but not data). 2 4 Mbps 4 twisted-pairs for voice & data transmission (ISDN), 4 Mbps Token Ring, ARCNET.

3 10 Mbps 4 twisted-pairs (3 twists per foot) for voice & data transmission, Ethernet 10Base-T.

(can use for Ethernet 100Base-T4 & 100Base-T2)

4 20 Mbps for 20 Mbps data transmission , Ethernet 10Base-T, 16 Mbps Token Ring.

5 155 Mbps 4 twisted pairs (a higher number of twists per foot than previous categories and a

teflon based outer coating). Higher transmission rate (100Mhz) and better noise

immunity. Used for Ethernet 10Base -T, Fast Ethernet 100Base-TX, -T4 or -T2, Fast

ARCNET 100Mbps, 16Mbps Token Ring, and ATM 155Mbps on UTP.

5e 1000 Mbps enhanced category 5 - more comprehensive testing is carried out on all four pairs to

measure the effect of transmitting data, particularly with regard to crosstalk. This

category is primarily intended for use in Gigabit Ethernet networks.

6 1000 Mbps a proposed standard for cable having a transmission frequency of 200 MHz.

7 1000 Mbps a proposed standard for cable having a transmission frequency of 600 MHz using fully

shielded cables (individual foil pairs and overall braid shield - ISTP).


10ChuÈn IEEE 802.3 cho c¸p xo¾n kÐp kÕt nèi ethernet topo d¹ng star

Standard IEEE Released

Symbol rate

Encoding Medium Full-duplex

10Base-T 802.3i -1990 10Mbd Manchester Two pairs of 100 Ω UTP CAT3 or better Supported 100Base-TX 802.3u - 1995 125Mbd 4B/5B Two pairs of 100 Ω UTP CAT5 or 150 Ω STP Supported 100Base-T4 802.3u -1995 33Mbd 8B/6T Four pairs of 100 Ω UTP CAT3 or better Not 100Base-T2 802.3y - 1997 25Mbd PAM5x5 Two pairs of 100 Ω UTP CAT3 or better Supported 1000Base-T 802.3ab -1999 125Mbd PAM5x5 Four pairs of 100 Ω UTP CAT5 or better Supported 1000Base-X 802.3z -1999 1250Mbd 8B/10B Two pairs of 150 Ω STP Supported

RJ-45 connector pin assignments for each of the Ethernet twisted pairs.

Pin 10Base-T Signal 100Base-TX Signal 100Base-T4 Signal 100Base-T2 Signal 1000Base-T Signal

1 TD+ (Transmit Data) TD+ (Transmit Data) TX_D1+ (Transmit Data) BI_DA+ (Bidi Data) BI_DA+ (Bidi Data)

2 TD- (Transmit Data) TD- (Transmit Data) TX_D1- (Transmit Data) BI_DA- (Bidi Data) BI_DA- (Bidi Data)

3 RD+ (Receive Data) RD+ (Receive Data) RX_D2+ (Receive Data) BI_DB+ (Bidi Data) BI_DB+ (Bidi Data)

4 Not used Not used BI_D3+ (Bidi Data) Not used BI_DC+ (Bidi Data)

5 Not used Not used BI_D3- (Bidi Data) Not used BI_DC- (Bidi Data)

6 RD- (Receive Data) RD- (Receive Data) RX_D2- (Receive Data) BI_DB- (Bidi Data) BI_DB- (Bidi Data)

7 Not Used Not Used BI_D4+ (Bidi Data) Not used BI_DD+ (Bidi Data)

8 Not Used Not Used BI_D4- (Bidi Data) Not used BI_DD- (Bidi Data)


11ChuÈn IEEE ethernet 10Base-T

10 BASE-T PARAMETERS AND WIRING RULES • Star topology using HUB. 10Mbps Baseband. Using

Manchester encoding. • Maximum length per segment is 100 meters. (10 meters

Patch cord + 90 meters horizontal cable) • Maximum of 2 devices per segment; one is the station

and the other is the hub. • Maximum of 2 Inter-Repeater Links between devices

without using bridge or switch (A hub is a repeater ). • Certain hubs come with a standard BNC and/or AUI

connection. • Hubs can connect to fiber optic or coax networks. • Unsheilded twisted pair no less than Category 2 is

required for 10BaseT operation, however, Category 3 or higher is preferred.

• UTP cabling is not recommended for areas with electromagnetic or radio frequency interference (EMI/RFI).

• NIC's come with built-in transceivers so connections are made directly to the NIC.

• NIC's with standard AUI ports must use a 10Base-T twisted pair transceiver.

1. Transceiver 2. Transceiver Cable 3. Cat 5 Wallplate (Outlet) 4. Cat 5 UTP Cable 5. 10 Base-T Hub 6. Cat 5 Patch Panel 7. Cat 5 Color Coded Patch Cables 8. 10 Base-T RJ45 Network Card 9. 50 Ohm Terminator 10. Thick Ethernet Trunk Cable 11. Equipment Rack


12ethernet 100Base-T

1. 10/100 Mbps Ethernet Switch 2. Cross Pinned Cat5 UTP Cable 3. Straight Pinned Cat5 UTP Cable 4. Cat5 Wallplate Assembly 5. Cat5 Color Coded Patch Cables 6. 10 Base-T Network Card 7. 10 Base-T Ethernet Hub 8. 100 Base-T Network Card 9. 100 Base-T Fast Ethernet Hub


13ChuÈn mÇu d©y c¸p UTP vµ Jack ®Êu nèi RJ-45


14®Êu nèi c¸p th¼ng vµ c¸p chÐo


15c¸p STP th−êng dïng cho m¹ng Token Ring


16CÊu t¹o vµ ph©n lo¹i c¸p quang (Optical fiber)


17


18

Multi-Mode Fiber (MMF)

• Multi-mode fiber typically has a core diameter of 50 or 62.5 micron.

• Allows good coupling from inexpensive LEDs light sources, and the use of inexpensive couplers and connectors.

• Support segment lengths 2000 meters for 10 and 100 Mbps Ethernet, and 550 meters for 1 Gbps Ethernet.

• Two types of multi-mode fiber :

1. Graded Index Fiber ---------> reducing modal dispersion of the signal.

2. Stepped Index Fiber ---------> lower bandwidths than graded index fibers.

Single-Mode Fiber (SMF)

• Core diameter that is so small (8 or 10 microns) that eliminates modal dispersion.

• More difficult to make coupling light into the fiber.

• Lasers must be used as light sources to attain high bandwidth.

• Supporting much longer segment lengths than multi-mode fiber. (5000 meters supported at all Ethernet).

• More expensive to deploy than multi-mode fiber.


19ChuÈn IEEE cho c¸p quang kÕt nèi ethernet

Standard Medium and wavelength connector and encoding

Maximum segment length

Application

10Base-FL (Fiber Link)

MMF 62.5/125 , 850 nm wavelength ST connector, Manchester

2000 m Fiber Optic Inter-Repeater Link ideal for connecting between buildings.

10Base-FB (Fiber Backbone)


2000 m increases the number of repeaters by reducing the amount of interframe gap shrinkage.

10Base-FP (Fiber Passive)

MMF 62.5/125 , 850 nm ST connector, Manchester

500 m using for "fiber optic passive star" system

100Base-FL (Fiber Link)


2000 m for connecting between buildings.

100Base-FX

MMF 62.5/125 , 1300 nm wavelength EC connector, 4B/5B.

Half 420m Full 2000 m

essentially a "fiber" version of the 100Base-TX standard

1000Base-LX (Long wavelength)

MMF 62.5/125 or 50/125 or SMF 10/125. 1300 nm wavelength. duplex SC connector, 8B/10B.

Half 316 m Full MMF: 550 Full SMF: 5000

able to drive longer distances.

1000Base-SX (Short wavelength)

MMF 62.5/125 or 50/125 850 nm wavelength. duplex SC connector, 8B/10B.

MMF 62.5/125 Half 275 m Full 275 m

MMF 50/125 Half 316 m Full 550 m

Short wavelength lasers have the advantage of being less expensive than long wavelength lasers.


20ChuÈn IEEE ethernet 10BASE-FL

10 BASE-FL PARAMETERS AND WIRING RULES

• Maximum length per segment is 2 km.

• Maximum of 2 devices per segment; one is the

station and the other is the hub.

• Star topology.

• 62.5-micron duplex multimode fiber cable is

recommended. 50 and 100 micron is also available.

• Maximum of 2 repeaters may be used between

devices.

• Repeaters come in pairs. A pair counts as 1

repeater.

• NIC's with standard AUI ports must use a fiber

optic transceiver.

• EMI/RFI is nonexistent.

• Best security.

1. Fiber Optic Cable 2. Transceiver 3. Transceiver Cable 4. 10 Base T Hub 5. Thinnet Repeater 6. PVC Thinnet Cable 7. Cat 5 Color Coded Patch Cables 8. Thin Ethernet BNC Network Card 9. 10 Base-T RJ45 Network Card 10. BNC T-Connector 11. 50 Ohm Terminator


21Ph−¬ng tiÖn truyÒn dÉn v« tuyÕn

Type Characteristic FCC license ? Application

Terrestrial microwave Point to Point

GHz link, High bandwidth.

Disturbed by bad weather

Yes Private remote links

LAN repeater connections

Satellite microwave Point to Multipoint

expensive, covers large area

GHz link, 250 ms delay.

Yes One to many transmision

CATV

Radio Multipoint or Point to Point

VHF & UHF radio channel

Mobile units are available

Yes for Private WANs

for Wireless LANs

Long-distance data communication

Infrared Point to Point

short-range link

High bandwidth possible

No Wireless LANs

PC to PC connection

Laser Point to Point

Disturbed by bad weather

No Short-links

(Private link between buildings)

FCC - Federal Communications Commission


22c¸c m« h×nh triÓn khai m¹ng WLAN


23Wireless ethernet (IEEE 802.11)

• IEEE 802.11 was the first of the wireless LAN technologies and provided a data throughput of 1 - 2 Mbps and used a frequency range of about 900 Mhtz.

• 802.11 WLAN standard allows for transmission over infrared light and two types of radio transmission within the unlicensed frequency band: frequency hopping spread spectrum (FHSS) and direct sequence spread spectrum (DSSS). FHSS is limited to a 2-Mbps data transfer For all other WLAN applications, DSSS is the better choice.

• IEEE 802.11b (referred to as 802.11 High Rate or Wi-Fi), provides for a data rate of 11 Mbps over DSSS with a frequency range of 2.4 Ghtz.

• IEEE 802.11a, which provides throughput of 54 Mbps and also uses DSSS on a frequency of 5 Ghtz. the frequency will reach 5.7 Ghtz and allow WLAN's to break the 100 Mbps threshold.

• IEEE 802.11g transmission over relatively short distances Operates at up to 54 megabits per second (Mbps)

• Basic Access Methode is CSMA/CA.

• Using the Wired Equivalent Privacy 64/128 bits (WEP) or the Wi-Fi Protected Access (WPA) to secure.

1. Wireless Ethernet Bridge 2. Outdoor Antenna 3. PVC Thinnet Cable 4. Thin Ethernet Network Card 5. BNC T Connector 6. 50 Ohm Terminator 7. Cat5 UTP Cable 8. Cat5 Patch Cables 9. 10 Base-T Ethernet Hub 10. 10 Base-T Network Card


24Nguyªn lý kÕt nèi m¹ng m¸y tÝnh qua m¹ng c«ng céng

PSTN - Public Switching Telephone Network ATM - Asynchronous Transfer Mode PLMN - Public Land Mobile Network MPLS - Multiple Protocols Label Switching N-ISDN - Narrowband Integrated Services Digital Network CATV - CAble TeleVision B-ISDN - Broadband Integrated Services Digital Network PLC - Power-Line Communication


25

§Æc tÝnh kÕt nèi qua m¹ng c«ng céng

• KÕt nèi qua ®−êng d©y thuª bao (Subscriber Line).

• Cã thÓ truyÒn ®ång thêi víi dÞch vô cña m¹ng c«ng céng.

• Ph¶i tr¶ c−íc phÝ cho ®−êng thuª bao.

• Dïng thiÕt bÞ thÝch øng ®Ó truyÓn ®æi d÷ liÖu thÝch hîp víi m¹ng c«ng céng.

• Phô thuéc vµo ®Æc tÝnh cña ®−êng thuª bao m¹ng c«ng céng

(lµ çc ph−¬ng tiÖn nh− çp ®ång, çp quang, hoÆc v« tuyÕn).

• Phô thuéc vµo tÝnh chÊt truyÒn dÉn cña m¹ng c«ng céng.

• Th−êng dïng ®Ó kÕt nèi m¹ng WAN, hoÆc truy nhËp tõ xa (Remote Access).

• TruyÒn tÝn hiÖu b¨ng réng (Broadband).

• L¾p ®Æt dÔ dµng ë phÝa kh¸ch hµng.


26

kÕt nèi tõ xa qua ®−êng thuª bao t−¬ng tù M¹ng PSTN


27

C¸c ®Æc tÝnh kÕt nèi qua ®−êng thuª bao t−¬ng tù (ASL)

• Dïng 1 ®«i d©y ®ång xo¾n kh«ng bäc (UTP). Chèng nhiÔu kÐm.

• Kh«ng cã tÝnh di ®éng.

• D¶i th«ng sö dông lµ 300 Hz - 3400 Hz (POTS - Plain Old Telephone Service)

• Dïng Modem t−¬ng tù. Tèc ®é truyÒn d÷ liÖu thÊp (upstream < 33.6Kbps).

• Ph¶i quay sè thiÕt lËp kÕt nèi (Dial-up connection).

• Tr¶ c−íc phÝ theo thêi gian kÕt nèi (Tariff).

• L¾p ®Æt dÔ dµng, nhanh chãng, chi phÝ l¾p ®Æt thÊp.

• TÝnh b¶o mËt thÊp.

• §é an toµn ®iÖn kÐm (sÐt ®¸nh …).


28®−êng thuª bao dµnh riªng (leased-Line)

North America and Japan CCItt/itu and Europe Level Number of PCM Data Rate Level Number of PCM Data Rate

DS-0 1 56 Kbps 0 1 64 Kbps DS-1 (T1) 24 1.544 Mbps 1 (E1) 30 2.048 Mbps DS-1 C 48 3.152 Mbps 2 120 8.448 Mbps DS-2 (T2) 96 6.312 Mbps 3 (E3) 480 34.368 Mbps DS-3 (T3) 672 44.736 Mbps 4 1920 139.264 Mbps DS-4 (T4) 4032 274.176 Mbps 5 7680 565.148 Mbps


29Liªn KÕt gi÷a DTE vµ DCE


30

Çc ®Æc tÝnh kÕt nèi qua ®−êng LEASED-LINE

• Dïng çp UTP 2 ®«i d©y xo¾n.

• Cã thÓ chia sÎ b¨ng th«ng víi dÞch vô cña m¹ng c«ng céng (Drop & Insert).

• Dïng thiÕt bÞ thÝch øng lµ CSU/DSU.

• Tèc ®é truyÒn d÷ liÖu nhiÒu cÊp ®é, ®èi xøng vµ æn ®Þnh.

• KÕt nèi s½n sµng 24/24 (dedicated line), kh«ng ph¶i quay sè thiÕt lËp kÕt nèi.

• Tr¶ c−íc phÝ chän gãi theo th¸ng th−êng kh¸ cao.

• TÝnh b¶o mËt tèt.

• DÔ qu¶n lý vµ cã çc dÞch vô hç trî.


31c«ng nghÖ xDSL (Digital Subscriber Line)

• C«ng nghÖ DSL dùa trªn kü thuËt ®iÒu chÕ sè ®Ó truyÒn trªn ®−êng thuª bao c¸p xo¾n kÐp (Local Loop), cho phÐp truyÒn d÷ liÖu tèc ®é cao.

• xDSL lµ 1 nhãm c«ng nghÖ gåm ADSL, SDSL, HDSL, HDSL-2, IDSL, VDSL (cßn cã Rate Adaptive DSL, G.SHDSL, Consumer DSL hay G.lite).

• xDSL lµ c«ng nghÖ cho m¹ng truy nhËp tèc ®é cao vµ ph©n t¸n réng mµ chØ cÇn nh÷ng thay ®æi nhá trong c¬ së h¹ tÇng truyÒn th«ng. TiÖn lîi ®Ó triÓn khai c¸c dÞch vô nh− High-speed Internet access, Multimedia services vµ Video on Demand...)

• KÕt nèi xDSL lµ d¹ng point-to-point connection vµ always-on gi÷a 3 ®èi t¸c lµ Network Service provider's (NSP), Central office (CO) vµ Customer.


32Hä c«ng nghÖ xDSL

DSL Technology Data rate Distance pair& coding Voice ?

ADSL (Asymmetric DSL)

ITU-T G.992.1, G.DMT full-rate

16Kbps - 640Kbps Up

1.544 Mbps – 8.192 Mbps Down

< 5,5 km 1 pair

CAP/DMT

Yes

ADSL Lite or Splitterless ADSL

ITU-T G.992.2, G.lie

128Kbps - 384Kbps Up

1.544Mbps – 6 Mbps Down

< 5,5 km 1 pair

CAP/DMT

Yes

RDSL (Rate Adaptive DSL)

272Kbps – 1.088 Mbps Up

640 Kbps – 2.2 Mbps Down

< 5,5 km 1 pair

CAP/DMT

Yes

SDSL (Single-line DSL)

ITU-T G.992.2, G.shdsl

1.544Mbps Symmetric

2.048Mbps Symmetric

< 3.6 km 1 pair

2B1Q

No

HDSL (High-bit-rate DSL)

ITU-T G.991.1, G.hdsl

1.544Mbps Symmetric (2 pairs)

2.048Mbps Symmetric (3 pairs)

3.6km – 4,5km 2 or 3 pairs

2B1Q

No

HDSL-2 (High-data-rate DSL 2) 1.544Mbps Symmetric < 3.6km 1 pair 2B1Q No

IDSL (ISDN DSL) 144 Kbps Symmetric < 5.5 km 1 pair 2B1Q No

VDSL (Very high data rate DSL)

ITU-T G.993 series, G.vdsl

1.5Mbps - 2.3 Mbps Up

12,96Mbps – 51,84Mbps Down

300 m - 1.5 km 1 pair

CAP/DMT

Yes

Chó ý : C¸c chuÈn míi n¨m 2002-2003 : ADSL2 (ITU G.992.3 vµ G.992.4) vµ ADSL2+ (ITU G.992.5)


33M« h×nh cung cÊp dÞch vô ADSL

POTS - Plain Old Telephone Service ATU-R - ADSL Transmission Unit Remote MDF - Main Distribution Frame. ATU-C - ADSL Transmission Unit CO. LPF, HPF - Low Pass, High Pass Filter. DSLAM - DSL Access Multiplexer.


34C¸c kü thuËt liªn quan ®Õn ADSL

DMT - Discrete Multi-Tone. QAM - Quadrature Amplitude Modulation. CAP - Carrierless Amplitude & Phase.


35kü thuËt ®iÒu chÕ CAP vµ DMT trong ADSL


36M« h×nh VDSL vµ øng dông


37Xu h−íng c«ng nghÖ truy nhËp sè

FTTx, FFTH (Fiber To The Curb, Fiber To The Buiding & Fiber To The Home).


38KÕt nèi qua m¹ng CATV víi c«ng nghÖ Cable Modem


39M¹ng sè tÝch hîp ®a dÞch vô (b¨ng hÑp) N-ISDN


40KÕt nèi qua M¹ng chuyÓn m¹ch ATM (B-ISDN)


41M¹ng chuyÓn m¹ch gãi X.25


42M¹ng chuyÓn tiÕp khung Frame Relay


43

M¹ng chuyÓn m¹ch nh∙n ®a giao thøc (MPLS)


44KÕt nèi m¹ng qua ®−êng truyÒn t¶i ®iÖn (PLC)

1

The InternetA Brief History

Presenter: [email protected]

[email protected] 2

ARPANET – The Response to Sputnik

• [1958] The Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA)was established as the first U.S. response to the Soviet Union launching of Sputnik.

www.wbglinks.net/ pages/history/

2

[email protected] 3

Genuity Timeline (partial) www.genuity.com

[email protected] 4

Circuit Switched vs. Packet Switched

From Whatis.com• Circuit Switched: Circuit-switched is a type of network in

which a physical path is obtained for and dedicated to a single connection between two end-points in the network for the duration of the connection.

• Packet Switched: Packet-switched describes the type of network in which relatively small units of data called packets are routed through a network based on the destination address contained within each packet.

3

[email protected] 5

Circuit Switched Network

A connection is established before data is sent and received (phone system).

As long as neither party hangs up, the entire circuit is available, whether or not anyone is speaking.

No one else can use this circuit.

[email protected] 6

Circuit Switching

4

[email protected] 7

Packet Switched

Packet-switched describes the type of network in which relatively small units of data called packets are routed through a network based on the destination address contained within each packet.

Circuit Switched

Packet Switched

[email protected] 8

Packet Switched

• This is a shared path, like a freeway.

5

[email protected] 9

IP (Internet Protocol) Packets

12

3

4

5

6

7

8

Packet = A block of datasent over a network, such as the Internet.

A file Packets

[email protected] 10

IP Packets may arrive out of order

1

2

3

4

5

6

7

8

6


IP Packets can be put back in order at the other end!

12

3

4

5

6

7

8


IP Packets

• Have you ever downloaded a web page and noticed that different parts of the text and graphics arrive at different times?

7


Genuity Timeline (partial) www.genuity.com


Routers – Traffic Cops of the Internet

• A router is a device that looks at the Destination IP address of each packet.

8


TCP/IP Transmission Control Protocol / Internet Protocol

• TCP/IP is a suite of protocols.• IP (Internet Protocol) is used for sender and receiver addressing.• Every computer on the Internet or a network must have an IP address

to communicate.• Part of the IP address is the network address.• Example: The destination address is 192.168.1.0 which includes all

computers from 192.168.1.1 to 192.168.1.254.

Source IP Address: 172.16.10.5

Destination IP Address 192.168.1.10

This is known as an IP Packet


Routers – Traffic Cops of the Internet

• Routers look at the Destination IP Address of the packet and decide where to send it next.– Which next-hop router

172.16.22.29

Destination IP Address172.16.22.29

IP Packet

9


IMP (Interface Message Processor)The First Router


Linksys Router

10


DSL Router

When using NAT (Network Address Translation, the Router helps hide your network.

204.180.205.1 Public Address

192.168.1.10 Private Address

Hacker can only get to public address and not private address


11


1972 - First Email Sent


12



1988 – Chatting on the Internet

• [1988] Internet Relay Chat (IRC) is started from the efforts of JarkkoOikarinen while attending the University of Oulu, Finland.

13



1993 - The Web!

• Two physics researchers, Tim Berners-Lee and Robert Cailliau, working at the European Particle Physics Laboratory (known as CERN) in Geneva, Switzerland, needed a way to exchange a wide variety of information, from many different types of computer systems, using a single user interface.

• They created a new transmissions protocol called Hyper Text Transmission Protocol (HTTP) and a language to create interactive documents where information can be transmitted between computers regardless of type of computer, called Hypertext Markup Language (HTML).

• All of this became known as the World Wide Web (WWW),or just “the web.”

14


The first browser

• The application software used to display and transmit the HTTPinformation is known as browser software.

• The first browser software for the WWW was Mosaic, developed by Marc Andreessen, at the time a programmer at the National Center for Supercomputing Applications (NCSA) in Champagne/Urbana, Illinois.


Netscape Navigator

• Soon after Mosaic (the first Web browser software) was released, Marc Andreessen left the NCSA and joined Jim Clark, the founder and former chairman of Silicon Graphics, to form NetscapeCommunications.

• Netscape developed an improved browser called Netscape Navigator, which by mid-1996 would own 93% of the Web browser software market.

• Netscape’s only competition at this point would be Microsoft’s Internet Explorer browser software.

• It was free for schools and individuals, but businesses had to pay a fee.

15


Microsoft Internet Explorer

• Soon after, Microsoft joined the mix, giving their browser away for free. • Netscape had to follow with giving their browser away for free.


16


Two great resources

• Where Wizards Stay Up Late: The Origins of the Internet by KatieHafner, Matthew Lyon

• Nerds 2.0.1 A Brief History of the Internet

1


19/05/06

Tham khảoĐiều khiển truy nhập đường truyền


19/05/06

Điều khiển đa truy nhập– Mỗi node được gắn với một bộ thu/phát để trao đổi với node

khác qua môi trường dùng chung– Truyền thông từ bất kỳ node nào sẽ được các node khác

nhận được

Shared MultipleAccess ControlChannel

Node 4

Node 3

Node 2

Node 1

…

Node N

2


19/05/06

Các giao thức đa truy nhập– Giải quyết các vấn đề liên quan đến môi

trường dùng chung– Một số loại:

• Contention protocols: giải quyết vấn đề xung độtsau khi nó xảy ra.

• Collision-free protocols (ví dụ: bit-map protocol vàbinary countdown) đảm bảo xung đột không baogiờ xảy ra


19/05/06

Kỹ thuật chia sẻ kênh

Channel Sharing Techniques

Static Channelization

Dynamic Medium Access Control

Scheduling

Random Access

3


19/05/06

Phân loại các giao thức đa truy nhập

Multiple access protocols

Contention-based Conflict-free

Random access Collision resolution

FDMA,

TDMA,

CDMA,

Token Bus,

DQDB, etc

ALOHA,

CSMA,

BTMA,

ISMA, etc

TREE,

WINDOW, etc

DQDB: Distributed Queue Dual Bus

BTMA: Busy Tone Multiple AccessISMA: Internet Streaming Media Alliance


19/05/06

Contention Protocols

• Pure ALOHA– Phát triển năm 1970 bởi Hawaii University. – Xác nhận việc truyền thành công qua nhậnđược ACK của phía nhận

• Slotted ALOHA– Cải tiến: Thời gian được chia thành nhiều

khe và khung chỉ được truyền tại thời điểmbắt đầu của mỗi khe

4


19/05/06

• CSMA (Carrier Sense Multiple Access)– Cải tiến: Bắt đầu truyền khi không thấy node nào đang

truyền

• CSMA/CD (CSMA with Collision Detection)– Cải tiến: Dừng việc truyền nếu xung đột xảy ra

• CSMA/CA (CSMA with Collision Avoidance)– Cải tiến: Đợi khoảng thời gian ngẫu nhiên và thử lại khiđường truyền không bận (carrier is quiet). Nếu vẫn vậy thìtruyền dữ liệu

• CSMA/CA with ACK• CSMA/CA with RTS/CTS

Contention Protocols


19/05/06

Pure ALOHA

Trong pure ALOHA, khung được truyền tại các thời điểm tuỳ ý

5


19/05/06

Khi khung sẵn sàng truyền, máy phải đợi đến thời điểm bắtđầu của một slot

Slotted ALOHA


19/05/06

So sánh thông lượng

ALOHA

6


19/05/06

CSMA• Thông lượng tối đa của slotted ALOHA là

0.368.• CSMA có nhiều cải tiến so với ALOHA

bằng cách lắng nghe đuờng truyền trướckhi truyền


19/05/06

Cơ chế xung đột trong CSMA

1 2 3Time

Collision

4

Node 4 sense

Delay

5

Node 5 sense

Delay

Node 1 PacketNode 2 Packet

Node 3 Packet

7


19/05/06 Các loại CSMA

CSMA

Nonpersistent CSMA

Persistent CSMA

Unslotted Nonpersistent CSMA

Unslotted persistent CSMA

Slotted Nonpersistent CSMA

Slotted persistent CSMA

1-persistent CSMA

p-persistent CSMA


19/05/06

Nonpersistent/x-persistent CSMA• Giao thức Nonpersistent CSMA:

Bước 1: Nếu đường truyền rỗi, truyền ngay lập tứcBước 2: Nếu đường truyền bận, đợi một khoảng thời gian

ngẫu nhiên và lặp lại bước 1– Giá trị backoff ngẫu nhiên làm giảm xác xuất xung đột– Nếu backoff quá lớp sẽ lãng phí thời gian rỗi

• Giao thức1-persistent CSMA:Bước 1: Nếu đường truyền rỗi, truyền ngay lập tứcBước 2 : Nếu đường truyền bận, tiếp tục lắng nghe đến khi

đường truyền rỗi thì mới truyền– Sẽ xảy ra hiện tượng xung đột nếu 2 node muốn truyền lại

(thường sẽ dừng việc truyền sau vài lần thử)

8


19/05/06

• Giao thức p-persistent CSMA :Bước 1: Nếu đường truyền rỗi, truyền với xác suất p và chờ để

truyền trong khe thời gian tiếp theo (thời gian trễ đường truyềnlớn nhất cho một gói tin) với xác xuất (1-p)

Bước 2: Nếu đường truyền bận, tiếp tục lắng nghe đến khi đườngtruyền rỗi thì quay lại bước 1- Một cách thoả hiệp giữa nonpersistent and 1-persistent CSMA

Nonpersistent/x-persistent CSMA


19/05/06

Lựa chọn giá trị p như thế nào ?• Giả sử N node muốn gửi tin và đường

truyền đang bận• Np được xem là số Node thử truyền khiđường truyền bắt đầu rỗi

• Nếu Np > 1, xung đột có thể xảy raVì vậy phải đảm bảo Np < 1 để tránhxung đột, trong đó N là số node hoạt độnglớn nhất tại một thời điểm

9


19/05/06

Throughput

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9G

1.0

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

S

AlohaSlotted Aloha

1-persistent CSMA

0.5-persistent CSMA0.1-persistent CSMA

0.01-persistent CSMA

Nonpersistent CSMA


19/05/06

CSMA/CD (CSMA with Collision Detection)

• Trong CSMA, nếu 2 node bắt đầu gửi khung tại cùngthời điểm, mỗi node sẽ vẫn truyền toàn bộ khung mặcdù có xung đột xảy ra.– >Lãng phí thời gian cho việc truyền cả khung tin.

• CSMA/CDBước 1: Nếu đường truyền rỗi, truyền khungtinBước 2: Nếu đường truyền bận, tiếp tục lắngnghe đến khi đường truyền rỗi thì truyềnBước 3: Nếu xung đột được phát hiện trongquá trình truyền, ngừng ngay việc truyềnBước 4: Đợi một khoảng thời gian ngẫu nhiênvà thực hiện lại thuật toán trên

10


19/05/06

CSMA/CD

A B

(α is the propagation time)

T0 A begins transmission

A BB begins transmission

Time

T0+α-ε

A BB detects collisionT0+α

A B

A detects collision just before end of transmission

T0+2α -ε


19/05/06

CSMA/CA (CSMA with collision Avoidance)• Tất cả các node lắng nghe đường truyền giống như trong

CSMA/CD.• Node sẵn sàng truyền sẽ phát sóng cảm ứng.• Nếu đường truyền bận, đợi đến khi kết thúc quá trình việc truyền

hiện tại• Nó sẽ tiếp tục đợi một khoảng thời gian xác định trước DIFS

(Distributed inter frame Space).• Nhận lấy một giá trị ngẫu nhiên của khe thời gian (giá trị khởi đầu

của bộ đếm backoff) trong một contention window để chờ trước khitruyền 1 khung.

• Nếu hiện đang có một quá trình truyền tin bởi một node khác trongchu kỳ thời gian này (backoff time), node sẽ giữ nguyên giá trị bộđếm.

• Tiếp tục đếm lùi sau khi node khác kết thúc việc truyền + DIFS. Node có thể bắt đầu việc truyền khi bộ đếm đến 0

11


19/05/06 CSMA/CA

Time

Node A’s frame

Nodes B & C sense the medium

Nodes B resenses the medium and transmits its frame.

Node C freezes its counter.

Node B’s frame

Nodes C starts transmitting.

Delay: BDelay: C

Nodes C resenses the medium and starts

decrementing its counter.

Node C’s frame


19/05/06

CSMA/CA

DIFS

Next FrameMedium Busy

DIFS Contention window

Defer access

Backoff after defer

Slot

Time

DIFS – Distributed Inter Frame Spacing

Contentionwindow

12


19/05/06

CSMA/CA with ACK• Phía nhận sẽ gửi ACK ngay sau khi nhận được

khung tin mà không cần thăm dò đường truyền• Khung ACK được truyền sau khoảng thời gian SIFS

(Short Inter-Frame Space) (SIFS < DIFS)• Nếu ACK bị mất, việc truyền lại sẽ được tiến hành.


19/05/06 CSMA/CA/ACK

DIFS

Next Frame

ACK

Data

Other

Source

Destination

DIFS

SIFS

Contention window

Defer access Backoff after defer

SIFS – Short Inter Frame Spacing

Time

13


19/05/06

CSMA/CA with RTS/CTS• Phía gửi sẽ gửi bản tin RTS (request to send) sau

khi đường truyền rỗi sau khoảng thời gian lớn hơnDIFS.

• Phía nhận trả lời bằng bản tin CTS (clear to send) sau khi đường truyền rỗi một khoảng thời gian SIFS.

• Sau đó dữ liệu được truyền.• RTS/CTS được sử dụng cho việc đặt chỗ đuờng

truyền vì vậy xung đột chỉ xảy ra với các bản tin điềukhiển.


19/05/06

CSMA/CA with RTS/CTSDIFS

Next Frame

CTS

RTS

Other

Source

Destination

DIFS

SIFS

Contention window

Defer access Backoff after defer

SIFSData

SIFS

ACK

Time

14


19/05/06 RTS/CTS

RTS

CTS

Data

ACK

Node A Node B

Trễ truyền lan


19/05/06

Wireless LAN Protocols

A wireless LAN. (a) A transmitting. (b) B transmitting.

15


19/05/06

The MACA protocol. (a) A sending an RTS to B.(b) B responding with a CTS to A.

Wireless LAN Protocols


19/05/06

Ethernet• Ethernet Cabling• Manchester Encoding• Lớp con MAC Ethernet • Hiệu suất của mạng Ethernet• Fast Ethernet• Gigabit Ethernet• IEEE 802.2: Logical Link Control

16


19/05/06

Ethernet Cabling

Các loại cáp phổ biến sử dụng trong công nghệ Ethernet


19/05/06

(a) 10Base5, (b) 10Base2, (c) 10Base-T.

Ethernet Cabling

17


19/05/06

(a) Binary encoding, (b) Manchester encoding, (c) Differential Manchester encoding.

Ethernet Cabling


19/05/06

Lớp con MAC

Định dạng khung (a) DIX Ethernet, (b) IEEE 802.3.

18


19/05/06

Ethernet MAC Sublayer Protocol

Xung đột được phát hiện sau khoảng thời gian 2 τ

Lớp con MAC


19/05/06

Hiệu suất mạng Ethernet

Hiệu suất mạng Ethernet tốc độ 10 Mbps với 512-bit slot times.

19


19/05/06

Fast Ethernet

Một số loại cáp dùng trong mạng Fast Ethernet


19/05/06multi-level transmit-3 levels

100BASE-TX (like 100BASE-FX) uses 4B/5B encoding which is then scrambled and converted to multi-level transmit-3 levels or MLT-3.

Any Transition = binary 1.

No transition = binary 0.

Long strings of zeros would give a ‘DC’

component but because of the 4B/5B encoding this

can never happen.

20


19/05/06

100BASE-FX (like 100BASE-TX) uses 4B/5B encoding which is then scrambled and converted to Non Return to Zero, Inverted.

Non Return to Zero, Inverted

Any Transition = binary 1.

No transition = binary 0.

Long strings of zeros would give a ‘DC’

component but because of the 4B/5B encoding this

can never happen.

Fiber cannot use the 3 level MLT3 because the light source has only two levels, ON and OFF.


19/05/06

Gigabit Ethernet

(a) A two-station Ethernet. (b) A multistation Ethernet.

21


19/05/06

Một số loại cáp dùng trong mạng Gigabit Ethernet

Gigabit Ethernet


19/05/06

IEEE 802.2: Logical Link Control

(a) Vị trí lớp con LLC. (b) Định dạng giao thức

22


19/05/06

Wireless LANs

• Protocol Stack 802.11• Lớp vật lý của 802.11• Lớp con MAC• Cấu trúc khung 802.11


19/05/06

802.11 Protocol Stack

23


19/05/06

Lớp con MAC trong 802.11

(a) Hidden station problem.(b) Exposed station problem.


19/05/06

B C DA BA C D

- A ®ang truyÒn d÷ liÖu sang B

- C n»m ngoµi tÇm sãng cña tr¹m A

- C còng muèn truyÒn d÷ liÖu sang B

- C ®−a ra kÕt luËn sai vÒ tr¹m B

- C vÉn truyÒn d÷ liÖu sang tr¹m B

- B ®ang truyÒn d÷ liÖu sang A

- C n»m trong tÇm sãng cña tr¹m B

- C muèn truyÒn d÷ liÖu sang D

- C ®−a ra kÕt luËn sai vÒ m«i tr−êngtruyÒn th«ng

- C kh«ng truyÒn d÷ liÖu sang D

S¬ ®å 1 S¬ ®å 2

24


19/05/06

CSMA/CA.

The 802.11 MAC Sublayer ProtocolLớp con MAC trong 802.11


19/05/06

Một cụm mảnh


25


19/05/06

Khoảng cách liên frame trong 802.11



19/05/06


26


19/05/06

Broadband Wireless• So sánh 802.11 and 802.16• 802.16 Protocol Stack• Lớp vật lý trong 802.16• Cấu trúc khung 802.16


19/05/06

802.16 Protocol Stack

27


19/05/06

Lớp vật lý 802.16


19/05/06

Khung tin và các khe thời gian

Lớp vật lý 802.16

28


19/05/06


(a) generic frame. (b) bandwidth request frame.


19/05/06

Bluetooth

• Ứng dụng của Bluetooth• Bluetooth Protocol Stack• Cấu trúc khung Bluetooth

29


19/05/06

Ứng dụng của Bluetooth


19/05/06

Bluetooth Protocol Stack

The 802.15 version of the Bluetooth protocol architecture.

30


19/05/06

Cấu trúc khung Bluetooth

Khung dữ liệu Bluetooth

1

1

Transparent Bridges&

Source Route Bridge

2

Transparent Bridges

+) Transparent bridges được pháttriển bởi tập đoàn thiết bị số(Digital Equipment Corporation)

+) Sử dụng chủ yếu trong mạngEthernet

+) Là chuẩn IEEE 802.1D.

2

3

Đặc tính

The No-Frills BridgeThe Learning BridgeSpanning Tree Algorithm

4

The No-Frills Bridge

Lắng nghe ngẫu nhiên (listens promiscuously) mọi gói tin (packet) đượctruyềnLưu mỗi gói tin nhận được cho đến khinó có thể truyền được đến các LAN khác (trừ LAN mà Bridge nhận gói tin từnó)

3

5

Figure

6

Đặc điểm

Bridges không biến đổi gói tin mà nó nhậnđược.No-frills bridge mở rộng khả năng của mạngLAN.Cho phép hai trạm ở hai bên của Bridge truyềnđồng thời mà không có xung đột.Nếu băng thông vượt quá tốc độ LAN, gói tin sẽ bị bỏ đi trước khi được truyền đến đích.

4

7

Bridge lắng nghe ngẫu nhiên (listens promiscuously), nhận bất kỳ gói tin nàođược truyền.Với mỗi gói tin nhận được, bridges lưuđịa chỉ trong trường địa chỉ nguồn củagói tin vào bộ đệm (cache), cùng vớicổng mà gói tin được nhận từ đó.

The Learning Bridge

8

Ví dụ

Giả sử A muốntruyền 1 gói tin đếnD. Ban đầu Bridges chưa biết gì về A hay D.Bridge sẽ tra địa chỉnguồn của gói tin. Nósẽ ghi nhớ gói tin này nhận từ Port 1 và A thuộc bên Port1

5

9

Hoạt động

Với mỗi gói tin nhận được, bridges sẽ tratrong bộ đệm của nó để tìm địa chỉ được ghivào trường địa chỉ đích của gói tin.Nếu địa chỉ không được tìm thấy trong bộđệm, bridge sẽ forwards gói tin đến mọi giaodiện trừ giao diện mà gói tin nhận được từnó.Nếu địa chỉ được tìm thấy trong bộ đệm, bridge sẽ forwards gói tin đến giao diện đãđược chỉ rõ trong bảng. Nếu giao diện này làcái mà gói tin được nhận thì gói tin sẽ đượcloại bỏ

10

Ví dụ

Giả thiết trongtrường hợp B đã biếtthông tin về A,D.Q muốn truyền tin cho A?Q muốn truyền tin cho D?

6

11

Ví dụ trong trường hợp Multiple Hops

B1 sẽ không phânbiệt được các trạmgiữa các mạngLAN2 và LAN3.Nó chỉ phân biệtđược trạm nào nốivới Port1 và trạmnào nối với Port2.B2 bị ẩn bởi B1, trở nên trong suốtvới các trạm.

12

Aging time

Nếu sau một khoảng thời gian (aging time ) mà Bridge không nhận được lưulượng nào từ địa chỉ mà nó có vai trò làđịa chỉ nguồn, thì địa chỉ đó sẽ bị xóakhỏi bộ đệm.

7

13

What happens when station A transmits a packet?

14

Nếu không dùng thuật toán Spanning tree

Gói tin không những lặp lại mà còn đượcnhân lên rất nhiều lần.Để khác phục hiện tượng này mà vẫnđảm bảo độ dư thừa, người ta kết hợpBridges hoạt động với một thuật toán: Thuật toán Spanning Tree.

8

15

Được phát triển bởi IBM.Chuẩn IEEE 802.5 – là chuẩn kết nối giữacác mạng LAN.Pure Source RoutingSR-TB Bridges

Source Routing Bridges

16

Nguyên tắc chung

Phần header của gói tin chứa tuyếnđường và tuyến đường này được chènvào bởi trạm nguồn.Trạm nguồn truyền một gói tin đặc biệtđể tìm đường đến trạm đích.Khi đã biết đường đến trạm đích, nó sẽlưu tuyến đường vào bộ nhớ để sử dụngcho những lần truyền sau.

9

17

The Routing Header

18

Bridge Algorithms

Có 4 loại gói tin được điều khiển bởiBridge:

1) Gói tin không có trường RI (transparent packets)

2) Specifically routed packets3) Gói tin “All paths explorer”4) Gói tin “Spanning tree explorer”

10

19

All Paths Explorer Packets

20

All Routes Broadcast Packet

11

21


22


12

23

Response Frame

24

Response Frame

13

25

Response Frame

26

Loại bỏ gói tin có route khôngthích hợp

14

27

ST-TB bridge nối giữa hai phần của một hệthống mạng LAN.1 phần chỉ dùng SR1 phần chỉ dùng TB

SR-TB Bridges

28

Nguyên tắc chung

SR-TB phải đưa ra quyết định có nênchuyển gói tin đi hay phải thêm vào phầnheader của gói tin một cách thích hợp.

15

29

Thuật toán

Xử lý gói tin nhận từ TB PortXử lý gói tin nhận từ SR Port

30

Gói tin từ TB Port

Nếu địa chỉ đích tại cổng mà nó nhậnđược gói tin, nó sẽ không forwardNếu tuyến đường của địa chỉ đích đượclưu trong bộ nhớ của Bridge thì nó sẽtruyền gói tin như specifically routed packet

16

31

Gói tin từ TB Port

Nếu tuyến đường không có trong bộ nhớ:Forward gói tin giống như gói tin “all paths explorer” hoặcForward gói tin giống như gói tin “spanning tree explorer” hoặcLưu gói tin vào bộ nhớ và chờ đến khi cótuyến đường. HoặcLoại bỏ gói tin, xem như lỗi mất gói

32

Gói tin từ SR Port

17

33

Gói tin từ SR Port

SR-TB bridge xử lý ba loại gói tin:Specifically routedSpanning tree explorerAll paths explorer

34

Source Routing so sánh vớiTransparent Bridging

Băng thôngCấu hìnhTính phổ dụngGiá thành

1

Spanning Tree & Rapid Spanning Tree Protocol

Module ObjectiveSự dự phòng và vai trò quan trọng của nó trong hệthống mạng.Các thành phần chủ yếu của một mạng dự phòng.Trận bão quảng bá (broadcast storms) trong mạng chuyển mạch.Nguyên nhân và hậu quả của việc cơ sở dữ liệu địachỉ MAC không ổn định.STP trong một mạng chuyển mạch có dự phòng.Quá trình lựa chọn bridge gốc.Các trạng thái Spanning-Tree.So sánh STP & RSTP (rapid spanning tree).

2

Redundancy

Hệ thống mạng đáng tin cậy :Trang thiết bị đáng tin cậyTránh lỗi và đứt mạngPhục hồi nhanh chóng và dễ dàngCó hệ thống dự phòng

Redundant topologies

One Bridge Redundant Bridges

3

Redundant switched topologies

Một hệ thống mạng có Switches dự phòng nhưngnếu không có STP thì xảy ra :

Trận bão quảng bá (broadcast storms)Truyền nhiều lượt FrameBảng địa chỉ MAC không ổn định

Broadcast Storm

ARP request

4

Multiple frame transmissions

Media access control database instability

5

Spanning tree

Lớp 2 không có trường TTL (Time to Live)Spanning tree :

Cho phép tạo cấu trúc luận lý không vòng lặp trong vòng lặpvật lý TREETREE : cấu trúc logic hình sao hoặc hình sao mở rộngThuật toán Spanning tree (chuẩn IEEE 802.1D)Thuật toán SP mất nhiều thời gian để hội tụ (Giải pháp : Rapid spanning tree – IEEE 802.1W)

Bridge root & STP treeChọn đường dẫn ngắn nhấtdựa trên chi phí kết nối tích lũyChi phí kết nối dựa trên tốc độkết nốiChọn một nút gốc gọi là bridge gốc (root bridge)STP xậy dựng cấu trúc mạngvới 1 đường dẫn tới tất cả cácnút trong mạng, tạo ra một Tree từ root bridgeNhững kết nối dư thừa khôngthuộc shortest path tree bị khóalại

6

BPDU

Trao đổi thông tinXác nhận xem kết nối có hoạt động hay không, nếulỗi kết nối hay một thiết bị nào đó hư hỏng thì STP sẽ được tính toán lại

BPDUThông tin trong các gói BPDU :

Lựa chọn Root bridgeTính toán kết nối ngắn nhất tới Root bridgeLựa chọn switch :

• Switch gần nhất với Root trong toàn bộsegment của Lan

• Thực hiện các giao tiếp từ Lan tới Root bridgeLựa chọn Root port cho các Switch khôngphải là Root switch :

• Root port là cổng giao tiếp với kết nối tốt nhấttới Root switch

Chọn các port được chỉ định (forward) và cácport không được chỉ định (blocked)

7

Two Key Concepts: BID and Path Cost

Bridge ID Path Cost Topology Spanning tree

Bridge ID (BID)

Bao gồm 2 thành phần :2 bytes Bridge priority6 bytes MAC address

Bridge priority : định dạng số thập phânMAC address : định dạng số hexaBridgeID thấp nhất là root

8

Path costLý thuyết, 802.1d định nghĩa “cost” là đại lượng đobằng thương 100/bandwidth (Mbps) của một kết nốiThực tế thì các switch có tốc độ cao hơn, cỡ10Gbps IEEE modified the most to use a non-linear scale with the new values of:

• 4 Mbps 250 (cost)• 10 Mbps 100 (cost)• 16 Mbps 62 (cost)• 45 Mbps 39 (cost)• 100 Mbps 19 (cost)• 155 Mbps 14 (cost)• 622 Mbps 6 (cost)• 1 Gbps 4 (cost)• 10 Gbps 2 (cost)

Four-Step STP Decision Sequence4 bước :

Xác định BID có giá trị nhỏ nhấtXác định Path cost nhỏ nhất tới root bridgeXác định BID nhỏ nhất được gửi đi từ đâuXác định Port ID nhỏ nhất

Khái niệm khóa BPDU :Bridge sao chép giữ lại một giá trị BID được gửi đi trong góiBPDU đầu tiên mà nó thấy trên các portKhi có các gói BPDU khác tới, nó sẽ kiểm tra lại theo bốnbước như trên, để xác nhận lại có giá trị BID nào tốt hơn nữakhông, nếu có nó sẽ lấy và thay thế giá trị được save trướcđóChỉ switch nào có giá trị BID thấp nhất được chọnBridge gửi đi cấu hình của các BPDU cho tới khi có nhiềuBPDU tốt hơn được nhận

9

Three Steps of Initial STP Convergence

Switches go through three steps for their initial convergence:

• STP Convergence• Step 1 Elect one Root Bridge• Step 2 Elect Root Ports• Step 3 Elect Designated Ports

All STP decisions are based on a the following predetermined sequence:

• Four-Step decision Sequence• Step 1 - Lowest BID• Step 2 - Lowest Path Cost to Root Bridge• Step 3 - Lowest Sender BID• Step 4 - Lowest Port ID

Step 1 Elect one Root Bridge

Khi các switch trong mạng được bật Các bridge trao đổi các gói BPDU một cách lộn xộnNgay sau đó, chúng thực hiện quá trình 4 bước đểlựa chọn Root bridge (có BID thấp nhất) :

Ví dụ : Cat-A có địa chỉ MAC thấp nhất nên nó dành “chiếnthắng” trong việc trở thành RootCả 3 switch trên có cùng mức độ ưu tiên (priority), mặc địnhlà 32,768

10

Step 2 Elect Root Ports

Các Root port của bridge là các port gần nhất tớicác Root bridge sử dụng Root path costNhững switch không phải Root bridge sẽ lựa chọncho mình một Root port

Step 3 Elect Designated PortsPort được chỉ định : Port bridge đơn gửi và nhậnđược lưu lượng từ segment trong Lan và Root bridgeTất cả các segment trong mạng đều có một port được chỉ định, port này xác định dựa trên tính tíchlũy Root Path Cost tới Root BridgeSwitch mà chứa một port chỉ định được xem như làmột bridge chỉ định trong một segment4 bước thực hiện quá trình :

• Lowest Root BID• Lowest Path Cost to Root Bridge• Lowest Sender BID• Lowest Port ID

11

Stages of spanning-tree port states

Tồn tại 4 trạng thái cổng (do) :BPDU trễ lan truyềMột phần nào đó của cấu trúc mạng bị thayđổi, cả hệ thống không thể nhận biết ngayđượcSwitch đổi trạng thái của một port từ trạngthái chờ sang trạng thái họat động ngay lậptức có thể xảy ra vòng lặp

Switch sử dụng STP, mỗi port sẽ ở một trong nămtrạng thái

Stages of spanning-tree port states

12

STP Port StatesỞ trạng thái chờ, các port chỉ có thể nhận các góiBPDU :

Các gói dữ liệu khác bị hủy bỏ và không có hề có học địachỉ ở trạng thái nàyMất khoảng cỡ 20s để chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác

Khi port chuyển sang trạng thái nghe :Switch sẽ xác nhận xem port này có kết nối về root vớichi phí thấp nhất hay không, có tạo vòng lặp không ???Nếu kết nối này không thỏa mãn chi phí thấp nhất tớiroot thì port sẽ trở về trạng thái khóaTrạng thái nghe gọi là quá trình chuyển trạng thái, mấtkhoảng 15s. Ở trạng thái này port vẫn chưa chuyển dữliệu cũng như học địa chỉ MAC, vẫn chỉ là xử lí các góiBPDU

STP Port StatesSau đó port chuyển từ trạng thái nghe sang trạng thái học :

Ở trạng thái này, port vẫn chưa có chuyển dữliệu đi nhưng đã bắt đầu học địa chỉ MAC từ dữliệu nhân đượcQuá trình này mất 15s và vẫn tiếp tục xử lí cácgói BPDU

Khi port chuyển từ trạng thái học sang trạngthái truyền dữ liệu :

Ở trạng thái này, port bắt đầu truyền dữ liệucủa user, vẫn học địa chỉ MAC và xử lí các góiBPDU

13

Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP)

Giao thức Rapid spanning – tree theo chuẩn IEEE 802.1w :

Làm rõ hơn vai trò và trạng thái của portĐịnh nghĩa các loại kết nối có thể chuyển nhanh sang trạng thái truyền dữ liệuCho phép các switch trong mạng đã hội tụ tự gửi các góiBPDU của nó chữ không phải chuyển tiếp qua BPDU củaroot bridge


Trạng thái khóa (blocking) được đổi tên thànhtrạng thái loại bỏ (discarding). Port loại bỏđóng vai trò dự phòngCác loại kết nối :

Kết nối point-to-pointKết nối biên cuối (edge-type)Kết nối chia sẻ

Point-to-point và edge-type là 2 loại kết nối cóthể chuyển trạng thái ngay lập tứcThời gian hội tụ không lâu hơn 15sRapid spanning tree (IEEE 802.1w) thực sựthay thế spanning tree (IEEE 802.1d)

14


1

Nội dung

Các giao thức điều khiển và kiểmsoát lỗi trong TCP/IP (IGMP, ICMP)Các loại bản tin ICMP

IP Limitations

- IP chưa thực sự đáng tin cậy vì khôngcó một cơ chế nào đảm bảo dữ liệu đếnnơi an toàn khi mạng xảy ra lỗi.

- Nếu một thiết bị trung gian xảy ra lỗihay thiết bị đích bị mất kết nối vớimạng thì dữ liệu sẽ không thể đượctruyền thành công.

2

IGMP

Multicast overview

• Unicast:• Được dùng khi 2 máy

muốn trao đổi thôngtin riêng với nhau, thích hợp cho truyềntin client_to_server, server_to_client hay peer_to _peer.

3

Multicast overview

BroadcastKhi 1 máy muốngửi tin cho tất cảcác máy kháctrong 1 miềnbroadcast

Multicast overview

• Multicast • Một máy gửi cho 1 nhóm máy nhận chỉ

thông qua 1 hành động gửi (one sender to many receivers with a single “transmit”operation)

4

Internet group management protocol(IGMP)

• What is IGMP ?:is the protocol used to support IPmulticasting .

• IP multicasting is defined as an tranmission of an IP datagram to an “host group”, a set of zero or more host that is identified by a single IP address called “Group address”. A multicast datagram is delivered to all members of its destination host group with the same "best-efforts" reliability.

Host group là gì?

• Host group là 1 nhóm các host có khảnăng nhận được các bản tin multicast vìvậy còn được gọi là multicast group.

• Một host muốn nhận được bản tin multicast thì nhất thiết phải là thành viêncủa 1 nhóm multicast.

5

Đặc điểm của “host group”

• The membership of a host group is dynamic, hosts may join and leave groups at any time.

• There is no restriction on the location or number of members in a host group, but membership in a group may be restricted to only those hosts possessing a private access key.

• A host may be a member of more than one group at a time.

• A host need not be a member of a group to send datagrams to it.

Đặc điểm của “host group” (cont)

• A host group may be permanent or transient.• A permanent group has a well-known, administratively

assigned IP address. It is the address, not the membership of the group, that is permanent; at any time a permanent group may have any number of members, even zero).

• A transient group, on the other hand, is assigned an address dynamically when the group is created, at the request of a host. A transient group ceases to exist, and its address becomes eligible for reassignment, when its membership drops to zero

6

Khái niệm “group address”

• Group address là địa chỉ của multicast group, vànó là multicast IP address thuộc lớp D trongkhông gian địa chỉ IP từ224.0.0.0 239.255.255.255

• Group address chỉ có thể là địa chỉ đích chứkhông thể là địa chỉ nguồn của gói tin Multicast. Địa chỉ nguồn bao giờ cũng là địa chỉ unicast. Cho nên group address con được gọi là group destination address (GDA)

Group address(cont)• Each GDA there is an associated with a MAC address

.This MAC address is formed by 01-00-5e, followed by the last 23 bits of the GDA translated into hex.

• Some Multicast IP addresses are reserved for special use, as shown below

224.0.0.1 - All multicast-capable hosts 224.0.0.2 - All multicast-capable routers. 224.0.0.5 and 224.0.0.6 are used by Open Shortest

Path First (OSPF)• In general, addresses from 224.0.0.1 to 224.0.0.255 are

reserved and used by various protocols .

7

IGMP protocol• IGMP is a standard defined in RFC1112 for IGMPv1, in

RFC2236 for IGMPv2 and in RFC3376 for IGMPv3. • IGMP specifies how a host can register a router in order

to receive specific multicast traffic.• Like ICMP, IGMP is a integral part of IP. It is required to

be implemented by all hosts conforming to level 2 of the IP multicasting specification.

IGMP massege• IGMP message formats are encapsulated in an IP

datagram which contain a time to live (TTL) field. The default is to set the TTL field to 1 which means the datagram will not leave its subnetwork. An application can increase its TTL field in a message to locate a server distance in terms of hops.

• The IGMP message is 8 bytes 1. Bits 0 to 3 - IGMP version number 2. Bits 4 to 7 - IGMP type. 1=query sent by a

multicast router. 2 is a response sent by a host. 3. Bits 8 to 15 - unused 4. Bits 16 to 31 - Checksum 5. The last 4 bytes - 32 bit group address which is

the same as the class D IP address

8

Five major host subcriptionprotocols

• IGMPv1• IGMPv2• IGMPv3• CGMP• IGMP Snooping

IGMPv1

• IGMPv1 là phiên bản IGMP đầu tiên được định nghĩabởi RFC 1112.

• Mục đích chính của IPMPv1 là cho phép 1 host tham giavào 1 nhóm. Sau khi trở thành member của nhóm nó cókhả năng nhận được các bản tin multicast gửi tới chonhóm đó.

• Có 3 quá trình được sử dụng trong version1 của IGMP 1. Query2. Join3. Leave

9

Query process

Join process

10

Cấu trúc khung IGMPv1

Ý nghĩa các trường• Version.4bit :set to 1• Type.4 bit : loại 1 Host Membership Query• loại 2 Host Membership Report• Unused. 8 bits.

Cleared to zero when the IGMP packet is sent and ignored when received IGMP

• Checksum. 16 bits. • Group Address. 32 bits. In a Host Membership Query

message, the group address field is zeroed when sent, ignored when received. In a Host Membership Report message, the group address field holds the IP host group address of the group being reported.

11

IGMPv2

• IGMPv2 cũng có các chức năng tương tự nhưIGMPv1 nhưng có thêm 1 số đặc tính mới:Leave Process trong v2 tránh được thời giantimeout quá dài thường thấy trong v1V2 có 2 dạng query đó là: General và Group-SpecificLưu lượng mạng giảm xuống do cơ thế timing mới

o IGMPv2 được định nghĩa bởi RFC 2236

Cấu trúc khung IGMPv2

12

Ý nghĩa các trường• Type. 8 bits

0x12 IGMPv1 Membership Report.0x16IGMPv2 Membership Report.0x17IGMPv2 Leave Group.0x11 Group Membership Query, general or group-specific. 0x22IGMPv3 Membership Report

• Max Response Time. 8 bits used only in Membership Query messages It specifies the maximum allowed time before sending a responding report in units of 1/10 second.

• IGMP Checksum. 16 bits • Group Address. 32 bits. In a Membership Query message,

this field is set to zero when sending a General Query and set to the group address being queried when sending a Group-Specific Query. In a Membership Report or Leave Group message, this field holds the IP multicast group address of the group being reported or left.

ICMP

13

Internet Control Message Protocol(ICMP)

- ICMP là một giao thứctrong bộ giao thức TCP/IPgiúp giải quyết những giớihạn cơ bản của IP- ICMP cung cấp rất nhiềuthông tin về tình trạng hoạtđộng của mạng và do đógiúp cho việc điều khiểnhoạt động của mạng TCP/IP

ICMP Packet

Bản tin ICMP được đóng gói và truyền tronggói tin IP giống như tất cả các loại dữ liệukhác.

14

Header of ICMP Packet ’s Field

• Type(1 byte): cho biết bản tin ICMP hiệnhành thuộc loại nào.

• Code(1 byte): 1 vài loại bản tin ICMP sửdụng trường này để chia nhỏ ra cáctrường hợp cụ thể hơn.

• Checksum(2 bytes): giống như trườngChecksum của IP header, dùng để kiểmtra cho phần Header.

• Variable Part of Header(4 bytes): tùy thuộcvào loại bản tin ICMP

ICMP Types

General

15

ICMP TYPE NUMBERS (last updated 25 July 2006)

[RFC1256]Router Solicitation10[RFC1256]Router Advertisement9[RFC792]Echo8[JBP]Unassigned7[JBP]Alternate Host Address6[RFC792]Redirect5[RFC792]Source Quench4[RFC792]Destination Unreachable3[JBP]Unassigned2[JBP]Unassigned1[RFC792]Echo Reply0

ReferenceNameType

ICMP TYPE NUMBERS (last updated 25 July 2006) (cont)

[ZSu]Reserved (for Robustness Experiment)20-29

[Solo]Reserved (for Security)19[RFC950]Address Mask Reply18[RFC950]Address Mask Request17[RFC792]Information Reply16[RFC792]Information Request15[RFC792]Timestamp Reply14[RFC792]Timestamp13[RFC792]Parameter Problem12[RFC792]Time Exceeded11

ReferenceNameType

16


[RFC2521]Photuris40[Markson]SKIP39[RFC1788]Domain Name Reply38[RFC1788]Domain Name Request37[Bill Simpson]Mobile Registration Reply36[Bill Simpson]Mobile Registration Request35[Bill Simpson]IPv6 I-Am-Here34[Bill Simpson]IPv6 Where-Are-You33[David Johnson]Mobile Host Redirect 32[RFC1475]Datagram Conversion Error31[RFC1393]Traceroute30

ReferenceNameType


[JBP]Reserved42-255

[RFC4065]ICMP messages utilized by experimental mobility protocols such as Seamoby41

ReferenceNameType

17

ICMP Types

Detail

ICMP Message Type

Type Value

18

ICMP Message type

Bản tin ICMP có thể nhóm thành 2 loạichính :

Bản tin ICMP giúp phát hiện lỗi vàthông báo lỗi(error message)Bản tin ICMP giúp cho quá trình điềukhiển(control message)

Error reporting and error correction

Khi lỗi xảy ra với gói tin, ICMP gửi thông tin về nơigửi

19

Destination Unreachable Message


•Khi một bản tin không thể đưa tới trạm đíchthì một bản tin ICMP Destination Unreachable được gửi trở lại máy gửi để thông báo lỗi.•Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến lỗi này, trong các bản tin ICMP Destination Unreachable nguyên nhân cụ thể được xácđịnh nhờ trường CODE.

20



Common ICMP Unreachable Codes

21

Using ping to test destination reachability

Echo messages

Bản tin ICMP Echo Request và ICMP Echo Reply được gửi và nhận thông qua lệnhPing

Request:0Reply :8

Code= 0 for both

22

Echo messages

• Tất cả các hệ điều hành hỗ trợ giao thứcTCP/IP đều chứa chương trình Ping.

• Người dùng gửi một gói tin ICMP Echo Request và node đích buộc phải trả lờibằng một gói tin ICMP Echo Reply.

• Đây là một công cụ rất đơn giản để kiểmtra khả năng kết nối của một node bất kỳtrên mạng.

Echo messages

•Tất cả các dữ liệu được gửi đi trong Echo Request đều phải được gửi trả lại trong Echo Reply.• Trường Identifier trong ICMP Packet Header dùng để “cặp đôi” Request và Reply do đó chúng ta có thể xác định Request tương ứng của Reply nhận được

23

Time Exceeded Message

Loại này được chia ra hai trường hợp sau:Code = 0: báo cho máy gửi biết trường TTL

trong IP Header bị giảm về 0 khi đến Router và gói tin đó bị loại khỏi mạng.

Code = 1:báo rằng máy nhận không thểhoàn thành gói tin IP từ các phân mảnh(trong trường hợp gói tin được chia thànhnhiều mảnh) trong thời gian cho phép.


24


•ICMP Time Exceeded Packet với Code = 0 được dùng trong chương trình Traceroute(UNIX) và Tracert(Microsoft).•Cả hai chương trình này hoạt động trên cùngmột nguyên lý nhằm mục đích thăm dò cácrouter trên đường truyền. Điểm khác nhau cơbản là ở loại gói tin được gửi đi để thăm dò.


Tracer Command

25


Traceroute Command

Parameter Problem Message

Một thiết bị khi xử lý gói tin có thể sẽ khôngforward gói tin ấy đi tiếp nếu có lỗi xảy ratrong phần IP Header của nó. Khi đó mộtICMP(type12) Parameter Problem Message sẽ được gửi về cho trạm gốc để thông báolỗi.

26

Parameter Problem Message

Có 3 trường hợp xảy ra lỗi như trênứng với 3 giá trị của trường Code:

Code = 0: Pointer indicates the error.Code = 1: Missing a required option.Code = 2: Bad Length.

Introduction to control messages

• Không giống như Error Message, Control Message không phải là kếtquả của việc bị mất hay lỗi gói tin khitruyền.

• Chúng được dùng để cung cấp thôngtin về mạng cho các host như xảy ratắc nghẽn mạng hoặc xuất hiện mộtgateway tốt hơn trên mạng.

27

ICMP Redirection

• ICMP Rediretion là một phần rất quantrọng giúp cho quá trình định tuyếntrong mạng IP.

• ICMP Redirect/Change Message được router là default gateway củamột host gửi cho host đó khi pháthiện ra có một router “tốt hơn”.

ICMP Redirection

28

Redirect/Change Request Message

TimeStamp and Timestamp Reply Message

29

Information Requestand Information Reply Message

mmt

Documents