Bài giảng Mạng máy tính: Chương 3 - PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh

Chia sẻ: Thuong Thuong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:20

Thêm vào BST

Báo xấu

97
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Mạng máy tính - Chương 3: Kết nối mạng ở lớp MAC" cung cấp cho người đọc các kiến thức: Tại sao phải kết nối mạng ở lớp MAC, các phương pháp kết nối mạng ở lớp MAC. Hi vọng đây sẽ là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên Công nghệ thông tin dùng làm tài liệu học tập và nghiên cứu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Mạng máy tính: Chương 3 - PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh

CHƯƠNG 3. KẾT NỐI MẠNG Ở LỚP MAC PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh Bộ môn Kỹ thuật thông tin Viện Điện tử - Viễn thông ĐHBK Hà Nội Email: thanhnh@mail.hut.edu.vn Nội dung Tại sao phải kết nối mạng ở lớp MAC? Các phương pháp kết nối mạng ở lớp MAC 1
Đặt vấn đề Vấn đề gì sẽ xảy ra nếu xây dựng một mạng LAN với số nút lớn và Đặt vấn đề bảo phủ một vùng địa lý rộng? Các phương pháp kết nối Hub Bridge IEEE 802.1d CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 3 Đặt vấn đề (tiếp…)  Vấn đề 1: Do chiều dài kênh truyền lớn  chất lượng tín hiệu không đảm bảo do Đặt vấn đề suy hao Các phương  Vấn đề 2: Chiều dài kênh truyền càng pháp kết nối lớn, hiệu suất kênh truyền càng giảm do Hub xác suất va đập tăng (802.3)  Vấn đề 2: trong một miền quảng bá, số Bridge nút lớn dẫn đến băng thông chia sẻ cho một nút giảm IEEE 802.1d CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 4 2
Kết nối mạng ở lớp MAC Mục đích Kết nối nhiều mạng LAN, mở rộng Đặt vấn đề vùng hoạt động của mạng LAN Các phương Tăng hiệu suất hoạt động, tăng băng pháp kết nối thông chia sẻ cho một nút bằng cách Hub chia nhỏ một mạng lớn thành nhiều vùng quảng bá (broadcast domain) Bridge nhỏ IEEE 802.1d CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 5 Kết nối mạng ở lớp MAC …… Đặt vấn đề LAN Các phương pháp kết nối Hub ? Bridge IEEE 802.1d CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 6 3
Phân loại  Các thiết bị kết nối mạng LAN Lớp Vật lý: Hub Đặt vấn đề Lớp MAC: Bridge, Switch Lớp Mạng: Router (sẽ học trong chương sau) Các phương pháp kết nối App 4 4. Hub Host-to-Host 3 3 Internetwork 2 2 2 LLC 1c 1c 1c Bridge MAC 1b 1b 1b 1b Phy 1a 1a 1a 1a 1a IEEE 802.1d Host Host Hub Bridge/Switch Router CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 7 Khái niệm hub  Hub là một bộ khuyếch đại tín hiệu (~ repeater), cho phép mở rộng chiều dài kênh truyền.  Không có cơ chế kiểm tra trạng thái kênh  Ưu điểm: tăng chiều dài kênh (giải quyết vấn đề 1) Đặt vấn đề  Nhược điểm: không giải quyết được vấn đề 2 (hiệu suất kênh truyền) và 3 (băng thông) Các phương pháp kết nối Hub Bridge IEEE 802.1d CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 8 4
Khái niệm hub (tiếp…)  A  B: Broadcast domain Đặt vấn đề Các phương Hub pháp kết nối Hub Bridge B B MAC addr A MAC addr A IEEE 802.1d dest. address source address CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 9 Khái niệm Bridge Cho phép kết nối nhiều mạng LAN có công nghệ khác nhau (TD: Đặt vấn đề Ethernet, Token Ring .v.v.) Các phương Cho phép phân mảnh một mạng pháp kết nối LAN lớn thành nhiều segment hay Hub nhiều vùng quảng bá nhỏ Tăng phạm vi hoạt động về mặt địa lý Bridge Tăng hiệu suất sử dụng kênh truyền IEEE 802.1d Tăng thông lượng của từng trạm CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 10 5
Kết nối nhiều công nghệ LAN 10BASE2 802.3 Đặt vấn đề Các phương Bridge 802.5 pháp kết nối … Hub 10BASE-TX Bridge IEEE 802.1d CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 11 Phân mảnh mạng LAN A  B segment 1 Đặt vấn đề Các phương Bridge pháp kết nối x segment 2 Hub B Bridge B MAC addr A MAC addr A IEEE 802.1d dest. address source address CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 12 6
Khái niệm Bridge  Nhận xét:  Địa chỉ MAC có dạng phẳng (flat address), không có cấu trúc  không định tuyến được bằng địa chỉ MAC khi gửi khung MAC liên mạng LAN Đặt vấn đề segment 1 segment 3 Các phương pháp kết nối B (52:69:1A:C2:39:EF) Hub Bridge segment 2 Bridge AB IEEE 802.1d A (12:A3:66:EB:23:5C) CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 13 Bridge theo chuẩn IEEE802.1d Bridge đang được sử dụng hiện nay được chuẩn hóa trong IEEE802.1d Đặt vấn đề Nguyên tắc: Các phương pháp kết nối “Store-and-Forward”, kiểm tra trạng thái kênh trước khi gửi gói sang một Hub segment khác (no-frill bridge) Bridge Tự “học” (learning bridge) Cho phép tạo cây bắc cầu tối thiểu IEEE 802.1d (MPT – minimum spanning tree) CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 14 7
“No-frill bridge” Là chức năng đơn giản nhất theo chuẩn IEEE 802.1d Đặt vấn đề Khi nhận được khung dữ liệu trên Các phương pháp kết nối một giao diện, bridge kiểm tra trạng thái các kênh nằm trên các giao Hub diện còn lại, nếu kênh truyền rỗi  Bridge gửi dữ liệu IEEE 802.1d CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 15 “No-frill bridge” (tiếp…) 6 5 Dữ liệu nhận được trên một cổng 1 4 được chuyển đến các cổng còn lại Đặt vấn đề 2 3 Các phương pháp kết nối Port 1 Hub t0 stored 1 Buffer 2 Bridge t0 Kiểm tra trạng thái kênh Port 2 IEEE 802.1d back-off t0 CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 16 8
Lọc gói (frame filter)  Để tăng hiệu suất kênh truyền, learning bridge sử dụng cơ chế lọc gói (frame Đặt vấn đề filtering) Các phương  Nguyên tắc lọc: pháp kết nối Frame tới một trạm trong cùng 1 segment sẽ Hub không được gửi sang các segment khác  Câu hỏi: Bridge Làm sao để biết địa chỉ đích của một frame nằm ở segment nào? IEEE 802.1d CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 17 Lọc gói (tiếp…) B1 cần phải biết A segment 1 & B nằm trên cùng segment 2 Đặt vấn đề Các phương B1 pháp kết nối x segment 2 Hub B Bridge B MAC addr A MAC addr A IEEE 802.1d dest. address source address CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 18 9
Lọc gói (tiếp…)  Tự học = learning bridge  Bridge “ghi nhớ” vị trí của một trạm với Đặt vấn đề cổng tương ứng Các phương Khi nhận một khung, bridge liền ghi nhớ vị trí pháp kết nối của máy gửi Hub Lưu giữ vị trí của máy gửi vào bảng chuyển tiếp (forwarding table) Bridge  Cấu trúc bảng chuyển tiếp {Địa chỉ MAC của trạm, số cổng tương ứng, IEEE 802.1d thời gian sống} CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 19 Lọc gói (tiếp…) Khi bridge nhận được một khung: if địa chỉ đích nằm trong cùng mạng LAN Đặt vấn đề then bỏ khung Các phương else { tìm địa chỉ đích trong bảng chuyển pháp kết nối tiếp Hub if tìm thấy địa chỉ đích then chuyển tiếp khung tới cổng tương ứng; Bridge else gửi khung tới tất cả các cổng; /* trừ cổng trên đó bridge nhận được khung*/ IEEE 802.1d } CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 20 10
Lọc gói (tiếp…)  C gửi một khung tới D segment 3 • C gửi khung • B1 nhận khung trên cổng 1 • B1 không có thông tin về vị trí của D Đặt vấn đề 3 • B1 chuyển tiếp khung qua cổng 2 và 3 Các phương 1 2 • B1 cập nhật vị trí của C ở pháp kết nối B1 cổng 1 segment 1 segment 2 • segment 3 bỏ qua khung Hub • D nhận khung Bảng chuyển tiếp (Forwarding table) Bridge C MAC Port TTL Addr. D MAC addr C MAC addr D C 1 60 IEEE 802.1d dest. address source address CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 21 Lọc gói (tiếp…)  D trả lời một khung dữ liệu tới C segment 3 • D gửi khung • B1 nhận khung trên cổng 2 • B1 cập nhật vị trí của D Đặt vấn đề • B1 tìm vị trí của C ở bảng 3 chuyển tiếp Các phương • B1 chuyển tiếp khung qua pháp kết nối 1 2 cổng 1 B1 • C nhận khung segment 1 segment 2 Hub Bảng chuyển tiếp (Forwarding table) MAC Port TTL Addr. Bridge C 1 60 C D 2 60 IEEE 802.1d C MAC addr D MAC addr D dest. address source address CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 22 11
Lọc gói (tiếp…)  Nhận xét:  Cơ chế lọc gói chỉ hoạt động khi đồ hình mạng (topology) không xuất hiện vòng lặp Đặt vấn đề  Trong thực tế, để tăng độ tin cậy, có thể thiết lập các đường liên kết dự trữ  vòng lặp B1 nhận được Các phương thông tin về A trên pháp kết nối cả 2 cổng 1 & 2 3 Hub B1 2 1 x 3 A 1 Bridge 1 2 B3 B2 2 IEEE 802.1d 3 CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 23 Cây bắc cầu (spanning tree) Để tránh vòng lặp: Tạo ra một đồ hình cây logic trên đồ Đặt vấn đề hình vật lý Các phương pháp kết nối Giao thức STP: STP: Spanning Tree Protocol Hub Giao thức lớp LLC để tạo ra một đồ Bridge hình cây bắc cầu Do Radia Perlman phát triển, được IEEE 802.1d đưa vào chuẩn IEEE 802.1d CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 24 12
STP  Bridge sử dụng STP để trao đổi bản tin cấu hình cho phép thực hiện:  Trong các bridge của tất cả các mạng LAN, lựa chọn bridge gốc (root bridge) Đặt vấn đề  Tính toán khoảng cách ngắn nhất từ chính nó đến bridge gốc Các phương  Đối với mỗi mạng LAN, lựa chọn một bridge ủy quyền pháp kết nối (designated bridge) trên mạng đó. Bridge ủy quyền sẽ gửi các khung dữ liệu đến bridge gốc Hub  Chọn cổng gốc (root port) là đường ngắn nhất từ chính nó đến bridge gốc  Chọn các cổng nằm trong spanning tree (cổng gốc và Bridge một số cổng khác)  Mỗi bridge được gán một số hiệu nhận dạng IEEE 802.1d (bridge ID.) dài 6 byte. CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 25 STP (tiếp…) Root ID cost transmitter  Cấu trúc bản tin STP  Root ID: số hiệu nhận dạng bridge gốc Đặt vấn đề  Cost: khoảng cách (giá) từ bridge gửi bản tin (transmitting bridge) STP đến bridge gốc Các phương pháp kết nối  Transmitter: bridge gửi bản tin STP  Bridge khởi đầu bằng việc gửi các bản tin với Hub bridge gốc là chính nó, khoảng cách bằng 0  Bridge cũng đồng thời nhận bản tin từ các Bridge bridge khác và lựa chọn bản tin “tốt nhất” trên từng giao diện IEEE 802.1d CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 26 13
STP (tiếp…) Bản tin C1 “tốt hơn” C2 nếu: root_ID(C1) < root_ID(C2) Đặt vấn đề root_ID(C1) = root_ID(C2), Các phương cost(C1)
Thiết lập cây dựa trên bản tin STP  Bước 1: lựa chọn bridge gốc  Bridge gốc là bridge có giá trị tối thiểu trong các bản tin nhận được  Thí dụ: bridge B có ID là 18 và nó nhận được các bản Đặt vấn đề tin sau trên các cổng  bridge gốc là bridge có ID 12 (nhận trên cổng 2) Các phương pháp kết nối Root ID Cost Transmitter Port 1 12 93 51 Hub Port 2 12 85 47 Bridge Port 3 81 0 81 Port 4 15 31 27 IEEE 802.1d CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 29 Thiết lập cây dựa trên bản tin STP (tiếp…)  Bước 2: tính toán khoảng cách từ B tới bridge gốc:  Nếu B là bridge gốc  khoảng cách tới chính nó là 0 Đặt vấn đề  Nếu B không phải bridge gốc: khoảng cách từ B  bridge gốc là khoảng cách trên bản tin tốt nhất cộng với khoảng cách từ B đến transmitter Các phương pháp kết nối  B chọn cổng ngắn nhất đến bridge đích  cổng gốc (root port)  Thí dụ (tiếp thí dụ trang trước): giả thiết khoảng cách Hub từ B (ID=18) đến bridge 47 là 1  khoảng cách đến bridge gốc (ID=12) là 86 thông qua cổng 2 nối với bridge 47; cổng gốc: port 2 Bridge  Chú ý: nếu bridge có 2 cổng đến bridge gốc với khoảng cách như nhau: công nào có transmitter nhỏ hơn sẽ được chọn làm công gốc IEEE 802.1d CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 30 15
Thiết lập cây dựa trên bản tin STP (tiếp…)  Bước 3: lựa chọn bridge ủy quyền (bridge gửi các khung dữ liệu trong Đặt vấn đề mạng LAN đến bridge gốc) Bridge B tính toán bản tin cấu hình mà nó sẽ Các phương pháp kết nối quảng bá trên các cổng trên các cổng Bản tin cấu hình: {12.86.18}  khoảng cách Hub ngắn nhất đến bridge gốc (ID=12) là 86, thông qua bridge 18. Bridge B là bridge ủy quyền trên các cổng 1, 3, 4  gửi bản tin cấu hình {12.86.18} trên các IEEE 802.1d cổng này CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 31 Thiết lập cây dựa trên bản tin STP (tiếp…) Bước 4: Lựa chọn cổng nằm trong cây bắc cầu (spanning tree) Đặt vấn đề Cổng gốc (port 2) Các phương pháp kết nối Các cổng mà B là bridge ủy quyền (port 1, 3, 4) Hub Các cổng không được lựa chọn sẽ Bridge được chuyển sang trạng thái không hoạt động (blocking state) IEEE 802.1d CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 32 16
Thiết lập cây dựa trên bản tin STP (tiếp…) Chú ý: Khi một bridge nhận ra nó không phải Đặt vấn đề là bridge gốc  ngừng phát bản tin Các phương cấu hình với nó là gốc pháp kết nối Chỉ có bridge gốc phát bản tin cấu Hub hình theo chu kỳ Bridge IEEE 802.1d CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 33 Thí dụ 1 port 1 B-92 port 5 81.0.81 41.13.90 port 2 port 4 Đặt vấn đề port 3 41.19.125 41.12.315 41.12.111 Các phương pháp kết nối Hub  Bridge B-92 (ID=92) có 5 cổng và nhận được bản tin cấu hình như hình vẽ Bridge  Giả thiết khoảng cách từ B-92 đến tất cả IEEE 802.1d các LAN liền kề là 1 CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 34 17
Thí dụ 1 (tiếp…) 81.0.81 port 1 B-92 port 5 41.13.90 port 2 port 4 port 3 Đặt vấn đề 41.19.125 41.12.315 41.12.111 Các phương pháp kết nối  Bản tin tốt nhất: 41.12.111 trên port 4 Hub  B-92 đặt cổng 4 là cổng gốc  Tính toán bản tin cấu hình: {41.13.92} Bridge IEEE 802.1d CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 35 Thí dụ 1 (tiếp…) 41.13.92 port 1 B-92 port 5 81.0.81 41.13.90 port 2 port 4 Đặt vấn đề port 3 41.19.125 41.12.315 41.12.111 Các phương 41.13.92 pháp kết nối Hub  So sánh bản tin {41.13.92} với các bản tin nhận được trên cổng 1, 2, 4, 5 Bridge  {41.13.92} tốt hơn các bản tin nhận được trên cổng 1 và 2 IEEE 802.1d  B-92 là bridge ủy quyền trên các cổng 1 và 2 CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 36 18
Thí dụ 1 (tiếp…) 41.13.92 port 1 B-92 port 5 41.13.90 port 2 port 4 port 3 Đặt vấn đề 41.13.92 41.12.315 41.12.111 Các phương pháp kết nối Hub  B-92 chọn cổng 4 (cổng gốc) và cổng 1, 2 vào cây bắc cầu Bridge  Chuyển cổng 3, 5 sang trạng thái không IEEE 802.1d hoạt động CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 37 Câu hỏi Phương pháp xây dựng spanning tree trong IEEE802.1d sử dụng Đặt vấn đề thuật toán gì trong 2 thuật toán: Các phương pháp kết nối Prim? Kruskal? Hub Bridge IEEE 802.1d CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 38 19
Bài tập 3 200 1 2 400 1 2 B1 B2 Đặt vấn đề LAN 3 1 2 400 B3 100 Các phương pháp kết nối LAN 2 1 2 Hub LAN 1 B4 LAN 4 Bridge  Giả thiết đã chọn được B1 là nút gốc, giải thích quá trình tạo cây bắc cầu IEEE 802.1d CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh 39 Tài liệu tham khảo Radia Perlman, Interconnections: Bridges, Routers, Switches, and Internetworking Protocols, Addison- Wesley 1999 20