Bài giảng Mạng máy tính nâng cao - Chapter 5: Link Layer and LANs - Lê Ngọc Sơn

ả các liên kết 
khác với cùng tốc độ.
• Tất cả các nút kết nối với hub có thể va chạm với một 
nút khác.
• Không có vùng đệm cho frame
• Không có CSMA/CD tại hub: các NICs phải tự phát 
hiện va chạm.
twisted pair
hub
5: DataLink Layer 5-59
Switch
 Là thiết bị ở tầng link: hubs thông minh, đóng 
vai trò chủ động trong:
• Lưu và chuyển tiếp các Ethernet frames
• Kiểm tra địa chỉ MAC của frame đến, chuyển tiếp 
một cách có lựa chọn frame đến một hoặc nhiều 
liên-kết ở ngõ ra, sử dụng CSMA/CD để truy cập 
đường truyền.
 Tính trong suốt của swicth
• Host gửi dữ liệu cho nhau, không cần biết đến sự 
hiện diện của switch.
 plug-and-play, self-learning
• Gắn vào là chạy, switches không cần được cấu hình
5: DataLink Layer 5-60
Switch: allows multiple simultaneous 
transmissions
 Mỗi host có đường kết nối dành 
riêng, trực tiếp đến switch.
 Switch có bộ đệm các gói tin
 Ethernet được sử dụng trên 
từng liên-kết vào, nhưng không 
có va chạm; cho phép dữ liệu 
truyền theo 2 chiều đồng thời 
[full-duplex]
• Mỗi liên-kết là collision domain 
của chính nó.
 switching: A-tới-A’ và B-tới-B’ 
một cách đồng thời, không có 
va chạm.
• Điều này là không thể đ/v Hub
A
A’
B
B’
C
C’
switch với 6 interfaces
(1,2,3,4,5,6)
1 2
3
45
6
5: DataLink Layer 5-61
Switch Table
 Q: làm thế nào switch biết rằng A’ 
là có thể “chạm đến được” thông 
qua interface 4, và B’ là có thể 
“chạm đến được” nhờ interface 5?
 A: mỗi switch có một bảng chuyển 
[switch table], mỗi dòng của bảng 
chứa:
• (địa chỉ MAC của host, interface để 
đến được host, nhãn thời gian)
 Trông giống như bảng định tuyến!
 Q: các dòng của bảng chuyển 
được tạo ra và duy trì như thế 
nào?
• Có vài điều tương tự như giao thức 
định tuyến.
A
A’
B
B’
C
C’
switch với 6 interfaces
(1,2,3,4,5,6)
1 2
3
45
6
5: DataLink Layer 5-62
Switch: self-learning
 switch tự học để biết những 
hosts nào là có thể đến được 
qua interface nào của nó.
• Khi nhận được frame, switch “học” 
vị trí của host gửi: từ nhánh mạng 
đến switch.
• Switch ghi nhận lại cặp thông tin 
về host gửi (MAC addr) và nhánh 
mạng chứa host gửi (interface)
A
A’
B
B’
C
C’
1 2
3
45
6
A A’
Source: A
Dest: A’
MAC addr interface TTL
Switch table 
(initially empty)
A 1 60
5: DataLink Layer 5-63
Switch: frame filtering/forwarding
Khi nhận được frame:
1. Ghi nhận lại liên-kết (đại diện bằng interface) mà host gửi 
(đại diện bằng MAC addr) sử dụng.
2. Cập nhật bảng chuyển, chỉ mục theo “MAC dest address”
3. If có dòng trên bảng chuyển ứng với đích đến của frame
then {
if đích đến nằm cùng segment với frame đến
then hủy bỏ frame /* filter */
else chuyển frame đến interface được chỉ ra 
/*forward*/
} 
else broadcast frame đến tất cả các interface, ngoại trừ 
interface mà frame đi vào /*flooding*/
5: DataLink Layer 5-64
Self-learning, 
forwarding: 
example
A
A’
B
B’
C
C’
1 2
3
45
6
A A’
Source: A
Dest: A’
MAC addr interface TTL
Switch table 
(initially empty)
A 1 60
A A’
 Khi không biết frame 
destination: flood
 Khi xác định được: 
gửi có chọn lọc
A’ A
A’ 4 60
5: DataLink Layer 5-65
Interconnecting switches
 Các switch có thể nối kết lại với nhau:
A
B
 Q: gửi từ A đến G – làm thế nào để S1 biết phải chuyển 
frame đến G thông qua S4 và S3?
 A: tự học! (làm việc giống như trường hợp có 1 switch)
S1
C D
E
F
S2
S4
S3
H
I
G
5: DataLink Layer 5-66
Self-learning multi-switch example
Giả sử C gửi frame đến I, I phản hồi lại C.
 Q: hãy chỉ ra bảng chuyển và cách chuyển frame tại 
các switch S1, S2, S3, S4 ?
A
B
S1
C D
E
F
S2
S4
S3
H
I
G
1
2
5: DataLink Layer 5-67
Institutional network
to external
network
router
IP subnet
mail server
web server
5: DataLink Layer 5-68
Switches vs. Routers
 Cả hai đều là thiết bị lưu và chuyển [store-and-forward]
• routers: thiết bị tầng Network (xử lý header ở tầng Network)
• Switches: Thiết bị tầng Link
 Router duy trì bảng Định tuyến, cài đặt thuật toán định 
tuyến.
 Switch duy trì bảng Chuyển, cài đặt chức năng lọc 
[filtering], thuật toán tự học.
5: DataLink Layer 5-69
VLANs: motivation
Điều gì sẽ xảy ra nếu:
 Người dùng mạng CS đến làm 
việc tại mạng EE, nhưng vẫn 
muốn kết nối đến switch CS?
 Nếu chỉ 1 broadcast domain:
• Tất cả các dữ liệu broadcast 
ở tầng 2 (ARP, DHCP) được 
gửi đến tất cả các LAN (nảy 
sinh vấn đề về an ninh/chính 
sách riêng tư)
 Switch ở mức thấp nhất chỉ 
có vài port được dùng=> 
kém hiệu quả.
Computer 
Science Electrical
Engineering
Computer
Engineering
Mạng như sơ đồ sau có gì BẤT ỔN?
5: DataLink Layer 5-70
VLANs Port-based VLAN: các port của switch được nhóm lại (nhờ phần mềm quản 
lý) để một switch vật lý cho phép 
Switch hỗ trợ khả năng 
VLAN có thể được cấu 
hình để định nghĩa nhiều 
mạng LAN ảo trên 1 hạ 
tầng LAN.
Virtual Local 
Area Network
1
8
9
16102
7
Electrical Engineering
(VLAN ports 1-8)
Computer Science
(VLAN ports 9-15)
15
Electrical Engineering
(VLAN ports 1-8)
1
82
7 9
1610
15
Computer Science
(VLAN ports 9-16)
 làm việc như có nhiều switch ảo.
5: DataLink Layer 5-71
Port-based VLAN
1
8
9
16102
7
Electrical Engineering
(VLAN ports 1-8)
Computer Science
(VLAN ports 9-15)
15
 Tách rời luồng dữ liệu:
frames đến/từ ports 1-8 chỉ 
có thể đến ports 1-8
• Cũng có thể định nghĩa VLAN dựa 
vào địa chỉ MAC của host thay vì 
port của switch.
 dynamic membership: các 
ports có thể được gán 
động cho các VLAN.
router
 forwarding between VLANS:
được thực hiện thông qua định 
tuyến (như với các switch rời)
 Thực tế, các nhà SX bán các thiết bị 
switch tích hợp với router.
5: DataLink Layer 5-72
VLANS spanning multiple switches
 trunk port: di chuyển frame giữa các VLAN được định 
nghĩa trên các switch vật lý.
• Các frame được trong VLAN giữa các switch không thể chỉ có cấ 
trúc như 802.1 frame (vì phải có thông tin VLAN ID)
• Giao thức 802.1q thêm/gỡ bỏ các field trong header của frame 
cần được chuyển giữa các trunk ports.
1
8
9
102
7
Electrical Engineering
(VLAN ports 1-8)
Computer Science
(VLAN ports 9-15)
15
2
73
Ports 2,3,5 belong to EE VLAN
Ports 4,6,7,8 belong to CS VLAN
5
4 6 816
1
5: DataLink Layer 5-73
Type
2-byte Tag Protocol Identifier
(value: 81-00) 
Tag Control Information (12 bit VLAN ID field, 
3 bit priority field like IP TOS)
Recomputed 
CRC
802.1Q VLAN frame format
802.1 frame
802.1Q frame
5: DataLink Layer 5-74
Link Layer
 5.1 Introduction and 
services
 5.2 Error detection and 
correction 
 5.3Multiple access 
protocols
 5.4 Link-Layer 
Addressing
 5.5 Ethernet
 5.6 Link-layer switches
 5.7 PPP
 5.8 Link virtualization: 
MPLS
 5.9 A day in the life of a 
web request
5: DataLink Layer 5-75
Point to Point Data Link Control
 Một gửi, một nhận, trên 1 liên-kết: dễ hơn liên-kết 
quảng bá
• Không cần điều khiển truy cập đường truyền
• Không cần địa chỉ MAC
• e.g., dialup link, ISDN line
 Các giao thức point-to-point phổ biến
• PPP (point-to-point protocol)
• HDLC: High level data link control (Data link used 
to be considered “high layer” in protocol stack!)
5: DataLink Layer 5-76
PPP Design Requirements [RFC 1557]
 packet framing: đóng gói datagram ở tầng mạng vào frame 
ở tầng link.
• Mang dữ liệu của bất kỳ 1 giao thức tầng mạng nào 
(không chỉ IP)
• Khả năng chuyển dữ liệu lên tầng trên
 bit transparency: phải cho phép mang bất cứ dữ liệu nào 
trong trường chứa dữ liệu (e.g. trường info trong PPP data 
frame)
 error detection (nhưng không sửa lỗi)
 connection liveness: phải có khả năng phát hiện lỗi trên 
liên-kết và báo lỗi này cho tầng mạng.
 network layer address negotiation: một nút phải có cung 
cấp 1 cơ chế cho phép truyền thông với tầng mạng (VD IP) 
để học/cấu hình địa chỉ mạng của nút khác.
5: DataLink Layer 5-77
PPP non-requirements
 PPP có phát hiện nhưng không đòi cơ chế sửa lỗi/khôi 
phục nguyên trạng
 PPP không cần điều tiết tốc độ truyền/nhận (no flow 
control). Việc điều tiết tốc độ được các giao thức tầng 
trên đảm nhiệm.
 Chấp nhận truyền nhận các frame sai thứ tự, điều này 
tương thích với mô hình dịch vụ của IP.
 PPP chỉ vận hành trên các liên-kết điểm-điểm (một gửi-
một nhận). Trong khi đó, các giao thức khác ở tầng link 
(VD HDLC) có thể vận hành trên các liên-kết quảng-bá 
(một-gửi-nhiều- nhận)
Error recovery, flow control, data re-ordering 
all relegated to higher layers!
5: DataLink Layer 5-78
PPP Data Frame
 Flag: dấu hiệu phân cách (bắt đầu và kết thúc frame)
 Address: hiện cố định 11111111, không sử dụng.
 Control: hiện cố định 00000011, không sử dụng, 
tương lai có thể định nghĩa các giá trị khác.
 Protocol: giao thức tầng trên chuyển dữ liệu vào 
frame. (2116: IP; 2916: AppleTalk, 2716: DECnet, )
5: DataLink Layer 5-79
PPP Data Frame
 info: dữ liệu từ tầng trên cần được vận chuyển
 check: CRC dùng để phát hiện lỗi.
5: DataLink Layer 5-80
Byte Stuffing
 Yêu cầu “data transparency” : vùng dữ liệu phải cho 
phép chứa dữ liệu giống như flag, tức 
• Q: Khi nhận được , đó là dữ liệu hay 
flag?
 Bên gửi: thêm vào 1 byte đặc biệt 
trước mỗi byte dữ liệu dạng , hoặc 
, sau đó mới gửi đi.
 Bên nhận:
• Nếu nhận được , sau đó 
, thì vứt bỏ 
• Nếu nhận được 2 byte , thì vứt bỏ 1 
byte
5: DataLink Layer 5-81
Byte Stuffing
Dữ liệu 
giống flag
Gắn thêm byte 01111101 
vào phía trước
5: DataLink Layer 5-82
PPP Data Control Protocol
Trước khi trao đổi dữ liệu tầng 
mạng, 2 bên gửi/nhận ở tầng 
link phải:
 Cấu hình liên-kết PPP (chiều dài 
tối đa frame, authentication)
 Học/thiết lập cấu hình thông tin 
tầng mạng
• Với IP: sử dụng thông điệp 
giao thức của IPCP (IP 
Control Protocol) để cấu hình 
/học địa chỉ IP
5: DataLink Layer 5-83
Link Layer
 5.1 Introduction and 
services
 5.2 Error detection and 
correction 
 5.3Multiple access 
protocols
 5.4 Link-Layer 
Addressing
 5.5 Ethernet
 5.6 Link-layer switches
 5.7 PPP
 5.8 Link virtualization: 
MPLS
 5.9 A day in the life of a 
web request
5: DataLink Layer 5-84
Synthesis: a day in the life of a web request
 Đã khảo sát đủ các tầng trong chồng giao 
thức Internet
• application, transport, network, link
 Kết hợp các tầng
• Mục tiêu: nhận biết, ôn lại, hiểu các giao thức (ở 
tất cả các tầng) qua 1 kịch bản đơn giản: mở 1 
trang web
• Kịch bản: sinh viên gắng máy laptop vào mạng 
trường, mở trang web www.google.com
5: DataLink Layer 5-85
A day in the life: scenario
Comcast network 
68.80.0.0/13
Google’s network 
64.233.160.0/19 64.233.169.105
web server
DNS server
school network 
68.80.2.0/24
browser
web page
5: DataLink Layer 5-86
A day in the life connecting to the Internet

 Máy tính kết nối vào mạng, 
cần có đ/chỉ IP của chính nó, 
đ/chỉ IP của router đầu chặng, 
DNS server: sử dụng DHCP.
router
(runs DHCP)
DHCP
UDP
IP
Eth
Phy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Phy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
 DHCP request được đóng gói 
trong UDP datagram, được 
đóng gói tiếp trong 802.1 
Ethernet frame.
 Ethernet frame được gửi 
broadcast (đích 
FFFFFFFFFFFF) trên LAN. 
Frame này được router có 
DHCP Server nhận.
 Tại đây, frame được tách lấy 
phần IP datagram, UDP 
segment, DHCP request
5: DataLink Layer 5-87
A day in the life connecting to the Internet
 DHCP Server hình thành DHCP 
ACK, trong đó chứa Đ/chỉ IP 
của client, của router đầu 
chặng, tên & Đ/chỉ IP của 
DNS Server.
router
(runs DHCP)
DHCP
UDP
IP
Eth
Phy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
UDP
IP
Eth
Phy
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
 DHCP ACK được đóng gói 
cho đến frame, frame được 
chuyển trên LAN đến client. 
Quá trình tách và chuyển 
lên các tầng trên các PDU 
diễn ra ở client.
Client được cấp địa chỉ IP, biết tên và địa chỉ DNS server
Địa chỉ IP của router đầu chặng
 DHCP client nhận được DHCP 
ACK reply.
5: DataLink Layer 5-88
A day in the life ARP (before DNS, before HTTP)

 Trước khi gửi HTTP request, laptop 
cần biết địa chỉ IP của 
www.google.com: sử dụng DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
 Một DNS query được tạo ra, đóng 
gói trong IP, đóng gói tiếp trong 
Ethernet frame. Để gửi frame đến 
được router, cần biết địa chỉ MAC 
của router (ở phía máy laptop). Sử 
dụng ARP. 
 ARP query được gửi broadcast 
trên LAN và được router nhận. 
Router sẽ trả lời bằng ARP reply, 
trong đó chứa đựng địa chỉ MAC 
của router.
 Client biết địa chỉ MAC của router 
đầu chặng, do đó nó có thể gửi 
frame chứa DNS query.
ARP query
Eth
Phy
ARP
ARP
ARP reply
5: DataLink Layer 5-89
A day in the life using DNS
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
 IP datagram chứa đựng DNS 
query được chuyển từ client 
qua switch để đến router đầu 
chặng.
 IP Datagram được chuyển từ 
mạng SV đang kết nối, vào mạng 
Comcast, được định tuyến tới 
DNS Server thông quá các giao 
thức định tuyến RIP, OSPF, IS-
IS và/hoặc BGP
 IP Datagram được trích/chuyển 
đến DNS server
 DNS server trả lời địa chỉ IP 
của www.google.com cho client 
Comcast network 
68.80.0.0/13
DNS server
DNS
UDP
IP
Eth
Phy
DNS
DNS
DNS
DNS
5: DataLink Layer 5-90
A day in the life TCP connection carrying HTTP
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
 Để gửi HTTP request , 
trước tiên client phải mở 
TCP socket đến Web 
server.
 TCP SYN Segment được 
chuyển đến Web server 
(bước 1 của quá trình bắt 
tay 3 bước).
 Kết nối TCP connection được 
thiết lập!
64.233.169.105
web server
SYN
SYN
SYN
SYN
TCP
IP
Eth
Phy
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
 web server phản hồi 
bằngTCP SYNACK (bước 2 
cua3 quá trình bắt tay 3 
bước )
5: DataLink Layer 5-91
A day in the life HTTP request/reply 
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
HTTP
 HTTP request được gửi 
vào TCP Socket.
 Một IP datagram chứa HTTP 
request được chuyển đến 
www.google.com
 IP datgram chứa HTTP reply 
được hướng ngược về client
64.233.169.105
web server
HTTP
TCP
IP
Eth
Phy
 web server phản hồi bằng 
HTTP reply
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
 web page finally (!!!)
displayed
5: DataLink Layer 5-92
Chapter 5: Summary
 Các nguyên tắc bên dưới của các dịch vụ tầng link
• Phát hiện lỗi, sửa lỗi
• Dùng chung kênh truyền quảng bá: đa truy cập
• Đánh địa chỉ tầng liên-kết
 Sự thuyết minh và cài đặt nhiều công nghệ khác nhau 
ở tầng link
• Ethernet
• LANS dùng Switch, VLANs
• PPP
• Mạng được ảo hóa như tầng link: MPLS
 Tổng hợp: Một ví dụ xuyên suốt về truy cập Web
5: DataLink Layer 5-93
Chapter 5: let’s take a breath
 Hoàn tất một lượt khảo sát chồng giao thức 
Internet (ngoại trừ tầng Vật lý)
 Hiểu biết chắc chắn về các nguyên lý mạng, 
cũng như thực tế
 .. Có thể dừng ở đây. Tuy nhiên, vẫn còn 
khá nhiều chủ đề lý thú!
• wireless
• multimedia
• security 
• network management
5: DataLink Layer 5-94
HẾT