Bài giảng Mạng máy tính - Chương 3: Kết nối mạng ở lớp MAC - Nguyễn Hữu Thanh
Thiết lập cây dựa trên bản tin
STP (tiếp )
Bước 4: Lựa chọn cổng nằm trong
cây bắc cầu (spanning tree)
Cổng gốc (port 2)
Các cổng mà B là bridge ủy quyền
(port 1, 3, 4)
Các cổng không được lựa chọn sẽ
được chuyển sang trạng thái không
hoạt động (blocking state)
Thiết lập cây dựa trên bản tin
STP (tiếp )
Bước 4: Lựa chọn cổng nằm trong
cây bắc cầu (spanning tree)
Cổng gốc (port 2)
Các cổng mà B là bridge ủy quyền
(port 1, 3, 4)
Các cổng không được lựa chọn sẽ
được chuyển sang trạng thái không
hoạt động (blocking state)
20 trang |
Chia sẻ: hachi492 | Ngày: 06/01/2022 | Lượt xem: 360 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Bài giảng Mạng máy tính - Chương 3: Kết nối mạng ở lớp MAC - Nguyễn Hữu Thanh, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
1CHƯƠNG 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
23
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Đặt vấn đề
Vấn đề gì sẽ xảy ra nếu xây dựng
một mạng LAN với số nút lớn và
bảo phủ một vùng địa lý rộng?
4
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Đặt vấn đề (tiếp)
Vấn đề 1: Do chiều dài kênh truyền lớn
chất lượng tín hiệu không đảm bảo do
suy hao
Vấn đề 2: Chiều dài kênh truyền càng
lớn, hiệu suất kênh truyền càng giảm do
xác suất va đập tăng (802.3)
Vấn đề 2: trong một miền quảng bá, số
nút lớn dẫn đến băng thông chia sẻ cho
một nút giảm
35
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Kết nối mạng ở lớp MAC
Mục đích
Kết nối nhiều mạng LAN, mở rộng
vùng hoạt động của mạng LAN
Tăng hiệu suất hoạt động, tăng băng
thông chia sẻ cho một nút bằng cách
chia nhỏ một mạng lớn thành nhiều
vùng quảng bá (broadcast domain)
nhỏ
6
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Kết nối mạng ở lớp MAC
LAN
?
47
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Phân loại
Các thiết bị kết nối mạng LAN
Lớp Vật lý: Hub
Lớp MAC: Bridge, Switch
Lớp Mạng: Router (sẽ học trong chương sau)
4
3
2
1c
1b
1a 1a
1b
1a
2
1c
1b
1a
4.
3
2
1c
1b
1a
App
Host-to-Host
Internetwork
LLC
MAC
Phy
Host Hub Bridge/Switch HostRouter
8
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
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)
Nhược điểm: không giải quyết được vấn đề 2 (hiệu suất
kênh truyền) và 3 (băng thông)
59
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Khái niệm hub (tiếp)
A B:
A
B
Hub
B MAC addr A MAC addr
dest. address source address
Broadcast domain
10
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Khái niệm Bridge
Cho phép kết nối nhiều mạng LAN
có công nghệ khác nhau (TD:
Ethernet, Token Ring .v.v.)
Cho phép phân mảnh một mạng
LAN lớn thành nhiều segment hay
nhiều vùng quảng bá nhỏ
Tăng phạm vi hoạt động về mặt địa lý
Tăng hiệu suất sử dụng kênh truyền
Tăng thông lượng của từng trạm
611
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Kết nối nhiều công nghệ LAN
Bridge
802.5
10BASE2
10BASE-TX
802.3
12
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Phân mảnh mạng LAN
A B
A
B
Bridge
B MAC addr A MAC addr
dest. address source address
segment 1
x segment 2
713
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
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
A (12:A3:66:EB:23:5C)
B (52:69:1A:C2:39:EF)
Bridge
segment 1
segment 2
segment 3
A B
14
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Bridge theo chuẩn IEEE802.1d
Bridge đang được sử dụng hiện nay
được chuẩn hóa trong IEEE802.1d
Nguyên tắc:
“Store-and-Forward”, kiểm tra trạng
thái kênh trước khi gửi gói sang một
segment khác (no-frill bridge)
Tự “học” (learning bridge)
Cho phép tạo cây bắc cầu tối thiểu
(MPT – minimum spanning tree)
815
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
“No-frill bridge”
Là chức năng đơn giản nhất theo
chuẩn IEEE 802.1d
Khi nhận được khung dữ liệu trên
một giao diện, bridge kiểm tra trạng
thái các kênh nằm trên các giao
diện còn lại, nếu kênh truyền rỗi
gửi dữ liệu
16
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
“No-frill bridge” (tiếp)
1
2 3
4
56 Dữ liệu nhận được trên một cổng
được chuyển đến các cổng còn lại
Port 1
t0
Buffer
t0
t0
Port 2
stored
Kiểm tra trạng thái kênh
back-off
1 2
917
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Lọc gói (frame filter)
Để tăng hiệu suất kênh truyền, learning
bridge sử dụng cơ chế lọc gói (frame
filtering)
Nguyên tắc lọc:
Frame tới một trạm trong cùng 1 segment sẽ
không được gửi sang các segment khác
Câu hỏi:
Làm sao để biết địa chỉ đích của một frame
nằm ở segment nào?
18
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Lọc gói (tiếp)
A
B
B1
B MAC addr A MAC addr
dest. address source address
segment 1
x segment 2
B1 cần phải biết A
& B nằm trên cùng
segment 2
10
19
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Lọc gói (tiếp)
Tự học = learning bridge
Bridge “ghi nhớ” vị trí của một trạm với
cổng tương ứng
Khi nhận một khung, bridge liền ghi nhớ vị trí
của máy gửi
Lưu giữ vị trí của máy gửi vào bảng chuyển
tiếp (forwarding table)
Cấu trúc bảng chuyển tiếp
{Địa chỉ MAC của trạm, số cổng tương ứng,
thời gian sống}
20
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Lọc gói (tiếp)
Khi bridge nhận được một khung:
if địa chỉ đích nằm trong cùng mạng LAN
then bỏ khung
else { tìm địa chỉ đích trong bảng chuyển
tiếp
if tìm thấy địa chỉ đích
then chuyển tiếp khung tới cổng tương
ứng;
else gửi khung tới tất cả các cổng; /* trừ
cổng trên đó bridge nhận được khung*/
}
11
21
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Lọc gói (tiếp)
C gửi một khung tới D
• C gửi khung
• B1 nhận khung trên cổng 1
• B1 không có thông tin về vị
trí của D
• B1 chuyển tiếp khung qua
cổng 2 và 3
• B1 cập nhật vị trí của C ở
cổng 1
• segment 3 bỏ qua khung
• D nhận khung
1 2
3
C
DD MAC addr C MAC addr
dest. address source address
B1segm
ent 1
se
gm
en
t 2
segment 3
601C
TTLPort
MAC
Addr.
Bảng chuyển tiếp (Forwarding table)
22
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Lọc gói (tiếp)
D trả lời một khung dữ liệu tới C
1 2
3
C
DC MAC addr D MAC addr
dest. address source address
B1segm
ent 1
se
gm
en
t 2
segment 3 • D gửi khung
• B1 nhận khung trên cổng 2
• B1 cập nhật vị trí của D
• B1 tìm vị trí của C ở bảng
chuyển tiếp
• B1 chuyển tiếp khung qua
cổng 1
• C nhận khung
Bảng chuyển tiếp (Forwarding table)
602D
601C
TTLPort
MAC
Addr.
12
23
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Lọc gói (tiếp)
Nhận xét:
Cơ chế lọc gói chỉ hoạt động khi đồ hình mạng
(topology) không xuất hiện vòng lặp
Trong thực tế, để tăng độ tin cậy, có thể thiết lập các
đường liên kết dự trữ vòng lặp
1
2
3
3
2
1
1
2
3x
B1
B2
B3
A
B1 nhận được
thông tin về A trên
cả 2 cổng 1 & 2
24
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Cây bắc cầu (spanning tree)
Để tránh vòng lặp:
Tạo ra một đồ hình cây logic trên đồ
hình vật lý
Giao thức STP:
STP: Spanning Tree Protocol
Giao thức lớp LLC để tạo ra một đồ
hình cây bắc cầu
Do Radia Perlman phát triển, được
đưa vào chuẩn IEEE 802.1d
13
25
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
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)
Tính toán khoảng cách ngắn nhất từ chính nó đến
bridge gốc
Đối với mỗi mạng LAN, lựa chọn một bridge ủy quyền
(designated bridge) trên mạng đó. Bridge ủy quyền sẽ
gửi các khung dữ liệu đến bridge gốc
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
một số cổng khác)
Mỗi bridge được gán một số hiệu nhận dạng
(bridge ID.) dài 6 byte.
26
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
STP (tiếp)
Cấu trúc bản tin STP
Root ID: số hiệu nhận dạng bridge gốc
Cost: khoảng cách (giá) từ bridge gửi bản tin
(transmitting bridge) STP đến bridge gốc
Transmitter: bridge gửi bản tin STP
Bridge khởi đầu bằng việc gửi các bản tin với
bridge gốc là chính nó, khoảng cách bằng 0
Bridge cũng đồng thời nhận bản tin từ các
bridge khác và lựa chọn bản tin “tốt nhất” trên
từng giao diện
Root ID cost transmitter
14
27
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
STP (tiếp)
Bản tin C1 “tốt hơn” C2 nếu:
root_ID(C1) < root_ID(C2)
root_ID(C1) = root_ID(C2),
cost(C1)<cost(C2)
root_ID(C1) = root_ID(C2),
{cost(C1)=cost(C2)},
transmitting_bridge_ID(C1)<transmitti
ng_bridge_ID(C2)
28
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
STP (tiếp)
So sánh 2 bản tin C1 và C2: C1 tốt hơn
C2
408035398035C
381835801535B
321231351529A
TransmitterCost
Root
IDTransmitterCost
Root
ID
C2C1
15
29
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
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
tin sau trên các cổng bridge gốc là bridge có ID 12
(nhận trên cổng 2)
273115Port 4
81081Port 3
478512Port 2
519312Port 1
TransmitterCostRoot ID
30
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
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
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
B chọn cổng ngắn nhất đến bridge đích cổng gốc
(root port)
Thí dụ (tiếp thí dụ trang trước): giả thiết khoảng cách
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
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
16
31
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Thiết lập cây dựa trên bản tin
STP (tiếp)
Bước 3: lựa chọn bridge ủy quyền
(bridge gửi các khung dữ liệu trong
mạng LAN đến bridge gốc)
Bridge B tính toán bản tin cấu hình mà nó sẽ
quảng bá trên các cổng trên các cổng
Bản tin cấu hình: {12.86.18} khoảng cách
ngắn nhất đến bridge gốc (ID=12) là 86,
thông qua bridge 18.
B là bridge ủy quyền trên các cổng 1, 3, 4
gửi bản tin cấu hình {12.86.18} trên các
cổng này
32
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Thiết lập cây dựa trên bản tin
STP (tiếp)
Bước 4: Lựa chọn cổng nằm trong
cây bắc cầu (spanning tree)
Cổng gốc (port 2)
Các cổng mà B là bridge ủy quyền
(port 1, 3, 4)
Các cổng không được lựa chọn sẽ
được chuyển sang trạng thái không
hoạt động (blocking state)
17
33
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Thiết lập cây dựa trên bản tin
STP (tiếp)
Chú ý:
Khi một bridge nhận ra nó không phải
là bridge gốc ngừng phát bản tin
cấu hình với nó là gốc
Chỉ có bridge gốc phát bản tin cấu
hình theo chu kỳ
34
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Thí dụ 1
Bridge B-92 (ID=92) có 5 cổng và nhận
được bản tin cấu hình như hình vẽ
Giả thiết khoảng cách từ B-92 đến tất cả
các LAN liền kề là 1
port 1
port 2
port 3
port 4
port 581.0.81
41.19.125 41.12.315 41.12.111
41.13.90B-92
18
35
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Thí dụ 1 (tiếp)
Bản tin tốt nhất: 41.12.111 trên port 4
B-92 đặt cổng 4 là cổng gốc
Tính toán bản tin cấu hình: {41.13.92}
port 1
port 2
port 3
port 4
port 581.0.81
41.19.125 41.12.315 41.12.111
41.13.90B-92
36
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Thí dụ 1 (tiếp)
So sánh bản tin {41.13.92} với các bản tin nhận
được trên cổng 1, 2, 4, 5
{41.13.92} tốt hơn các bản tin nhận được trên
cổng 1 và 2
B-92 là bridge ủy quyền trên các cổng 1 và 2
port 1
port 2
port 3
port 4
port 581.0.81
41.19.125 41.12.315 41.12.111
41.13.90B-92
41.13.92
41.13.92
19
37
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Thí dụ 1 (tiếp)
B-92 chọn cổng 4 (cổng gốc) và cổng 1,
2 vào cây bắc cầu
Chuyển cổng 3, 5 sang trạng thái không
hoạt động
port 1
port 2
port 3
port 4
port 5
41.12.315 41.12.111
41.13.90B-92
41.13.92
41.13.92
38
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Câu hỏi
Phương pháp xây dựng spanning
tree trong IEEE802.1d sử dụng
thuật toán gì trong 2 thuật toán:
Prim?
Kruskal?
20
39
CHƯƠNG 3 – KẾT NỐI MẠNG LAN
PGS. TS. Nguyễn Hữu Thanh
Đặt vấn đề
Các phương
pháp kết nối
Hub
Bridge
IEEE 802.1d
Bài tập
Giả thiết đã chọn được B1 là nút gốc, giải
thích quá trình tạo cây bắc cầu
B11 2
3
LAN 1
400
LAN 2
400
LAN 3
200
B21 2
B31 2
B41 2 LAN 4
100
Tài liệu tham khảo
Radia Perlman, Interconnections:
Bridges, Routers, Switches, and
Internetworking Protocols, Addison-
Wesley 1999
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- bai_giang_mang_may_tinh_chuong_3_ket_noi_mang_o_lop_mac_nguy.pdf