Slide bài giảng môn Kỹ thuật mạng truyền thông nội dung chương 2 phần 1: Lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu

lOMoARcPSD| 36067889
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG MÔN
Kĩ thuật mạng truyền thông
( Fundamentals of CommunicationsNetworks )
Giảng viên :
TS. Phạm Anh Thư
Điện thoại/E-mail: 0912528188, thupa80@yahoo.com, thupaptit@gmail.com Bộ môn:
Mạng viễn thông - KhoaViễn thông 1
Học kỳ/Năm biên soạn: II/ 2021-2022 1- \ lOMoARcPSD| 36067889
CHƯƠNG 2: LỚP VẬT LÝ VÀ LỚP LIÊN KẾT DỮ LIỆU  Application Nội dung chương 2 Ứng dụng Data Header Application Presentation  Lớp vật lí Trình diễn Data Header Presentation  Lớp liên kết dữ liệu Session Phiên Data Session Header  Công nghệ Ethernet Vận chuyển Transport Data Transport Header 
Công nghệ WLAN và chuẩn 802.11 Mạng Network Data Network Header  VLAN
Liên kết dữ liệu Frame Data Data Link  Header Yêu cầu: Vật lý 0101101010110001 Physica 
Nắm bắt ược chức năng, hoạt ộng l
và các kỹ thuật thực thi ở lớp Vật lí và Liên kết dữ liệu. 
Phân tích ược ặc iểm của các công nghệ truy nhập mạng \ lOMoARcPSD| 36067889 2
 Môi trường truyền có dây:  Cáp xoắn ôi  Cáp ồng trục  Cáp quang
 Môi trường truyền không dây mặt ất: sử
dụng các băng sóng khác nhau.  Thông tin vệ tinh \ lOMoARcPSD| 36067889 3 \ lOMoARcPSD| 36067889
Trao ổi thông tin theo mô hình OSI
Downloaded by D?a (nyeonggot7@gmail.com) lOMoARcPSD| 36067889 LỚP VẬT LÝ
 Lớp Vật lí (Physical layer) lOMoARcPSD| 36067889 LỚP VẬT LÝ 7 Ứng dụng  Lớp vật lý (Physical 6 Trình diễn layer) là lớp dưới cùng của mô hình 5 Phiên OSI: Giao vận  4
Không có gói tin riêng, dữ liệu ược truyền i theo dòng bit 3 Mạng
 Không có thông tin iều khiển Liên kết dữ 2 liệu  Nhiệm vụ 1
 Cung cấp kênh truyền iểm iểm, iểm a iểm
 Lựa chọn môi trường vật lí
 Đánh dấu và biểu diễn bít trên môi trường ó
 Chuẩn kết nối vật lí cho giao diện lOMoARcPSD| 36067889 LỚP VẬT LÝ
 Lớp Vật lí (Physical layer)
 Truyền tín hiệu ở lớp Vật lí: chỉ ra phương pháp chính xác
ể truyền thông tin trong môi trường vật lí, có hai loại chính:
 Băng rộng (broadband): truyền tín hiệu tương tự: sử dụng các sóng
biến ổi liên tục (sóng hình sin) ể truyền thông tin trên kênh truyền thông lOMoARcPSD| 36067889 LỚP VẬT LÝ
 Băng cơ sở (baseband): truyền tín hiệu số: sử dụng các trạng thái rời
rạc ể truyền thông tin trên kênh truyền thông
 Lớp Vật lí (Physical layer)
 Truyền tín hiệu băng cơ sở: trực tiếp biến ổi các bit thành tín hiệu:
 Điện áp dương thể hiện bit 1, iện áp âm thể hiện bit 0
 Có ánh sáng là bit 1, không có ánh sáng là bit 0 (trong thông tin quang) lOMoARcPSD| 36067889 LỚP VẬT LÝ
 Tại phía thu: bên nhận biến ổi tín hiệu thành các bit bằng cách lấy
mẫu, sử dụng mạch quyết ịnh ể quyết ịnh là bit nào.
 Các mã ường dây ược sử dụng: NZR, NZRI, Manchester, AMI
 Lớp Vật lí (Physical layer)
 Truyền tín hiệu băng cơ sở: trực tiếp biến ổi các bit thành tín hiệu: lOMoARcPSD| 36067889 LỚP VẬT LÝ
 Lớp Vật lí (Physical layer) lOMoARcPSD| 36067889 LỚP VẬT LÝ
 Truyền tín hiệu băng rộng: sử dụng các sóng biến ổi liên tục
(sóng hình sin) ể truyền thông tin trên kênh truyền thông
 Mỗi chu kỳ sóng hình sin bao gồm: iểm giữa, iểm cực ại, iểm giữa,
iểm cực tiểu, iểm giữa. Số lượng chu kỳ (cycle) trong 1 giây ược gọi
là tần số (frequency)Cực cao
 3 tham số ặc trưng sóng hình sin:Điểm giữa
 Tần số: chu kỳ trên giây hay Hz
 Biên ộ: khoảng cách giữa các iểm cực của sóng Cực thấp
 Pha: sự sai khác về góc giữa hai sóng Tần số
 Để truyền tín hiệu số trên kênh tương tự: sử dụng modem (gán
thông tin số vào sóng hình sin): khóa dịch biên, khóa dịch tần, khóa
dịch pha, iều biên cầu phương QAM lOMoARcPSD| 36067889 LỚP VẬT LÝ
 Lớp Vật lí (Physical layer) lOMoARcPSD| 36067889 LỚP VẬT LÝ lOMoARcPSD| 36067889 LỚP VẬT LÝ
 Đồng bộ và ịnh thời
 Đồng bộ: bên thu phải biết khi nào thì lấy mẫu kênh ể phát hiện sự
kiện tín hiệu chính xác
 Định thời trong các giao diện vật lí song song: ường mang
thông tin ồng hồ ịnh thời (clock) ược dùng ể ồng bộ giữa hai bên A và B
 Định thời trong các giao diện vật lí nối tiếp : truyền ồng bộ và truyền dị bộ lOMoARcPSD| 36067889 LỚP VẬT LÝ
 Phương thức truyền dị bộ:
 Không có sự trao ổi thông tin ịnh thời ngầm,
 Mỗi cặp phát-thu phải luôn ược ồng bộ lẫn nhau.
 Hai bên bên phát và thu ịnh thời với nhau trong một khoảng thời gian rất
ngắn (thường là 1 kí tự). lOMoARcPSD| 36067889 LỚP VẬT LÝ
 Cho phép một ký tự ược truyền i bất kỳ lúc nào mà không quan tâm ến các
tín hiệu ồng bộ trước ó ASCII “Z” Đườ Đườ ng dây rỗi ng dây rỗi + n Vôn St 1 0 1 1 0 1 0 P Si 0 Vôn 833 ms (miligiây )
St (Start Bit): Bít khởi ộng
Si (Stop Interval): Khoảng ngừng
P (Parity Bit): Bít kiểm tra chẵn lẻ
Trên cơ sở kí tự mở rộng, bên phát và bên thu ược ồng bộ
 Phương thức truyền dị bộ: lOMoARcPSD| 36067889 LỚP VẬT LÝ
 Phụ thuộc vào một mức ộ chính xác của mỗi ồng
hồ chạy tự do ở bên thu và phát.
 Hoạt ộng tốt với tốc ộ dữ liệu thấp khi
khoảng cách giữa các bit là lớn
 Với tốc ộ dữ liệu cao như 45 Mb/s, mỗi bit chỉ
xuất hiện trong 0,002 micro giây, kĩ thuật dị bộ
với cơ cấu ịnh thời ẩn sẽ làm truyền thông khó
thể chính xác ở lớp vật lí lOMoARcPSD| 36067889 LỚP VẬT LÝ
 Phương thức truyền ồng bộ: Cần có sự ồng bộ giữa máy phát và máy thu
 Chèn các ký tự ặc biệt như SYN (Synchronization), EOT (End
Of Transmission) hay "cờ" (flag) giữa các dữ liệu của máy phát
ể báo hiệu cho máy thu biết ược dữ liệu ang ến hoặc ã ến. lOMoARcPSD| 36067889 LỚP VẬT LÝ
 Đặc tả lớp Vật lí Chuẩn kết nối 
 Mức iện thế. vật lý
 Khoảng thời gian thay ổi iện thế. RS-232
 Tốc ộ dữ liệu vật lí. X.21 V.35, V.34
 Khoảng ường truyền tối a.   Q.911, T1, E1
 Các ầu nối vật lí: chân cắm, số G.703 chân cắm, loại bộ
nối và cáp nối. 10BASE-T, 100BASE-TX  ISDN, POTS, SONET, DSL  802.11b, 802.11g  … lOMoARcPSD| 36067889 LỚP VẬT LÝ  Repeaters:
 Analog devices that are connected two cable segments, Amplifying
incoming signal from one side and send out other.
 Don’t understand frames, packets or headers, Just understand Volt
 In classic Ethernet, to extend max. cable length from 500 meters to
2500 meters, 4 repeaters was allowed.  Hubs:
 Has a number of input lines that it joins electrically. Frames
arriving on any of the lines are send out on all others.
 If two frames arrive at the same time Collision occurs lOMoARcPSD| 36067889 LỚP VẬT LÝ
 Are like repeater and don’t understand frames, but usually don’t amplify incoming signal lOMoARcPSD| 36067889 VẤ ĐỀ ĐỔ N DỮ LIỆ KHI TRAO I U
Downloaded by D?a (nyeonggot7@gmail.com) lOMoARcPSD| 36067889
LỚP LIÊN KẾT DỮ LIỆU lOMoARcPSD| 36067889 lOMoARcPSD| 36067889
Các chức năng lớp 2: Liên kết dữ liệu
 Cung cấp một giao diện dịch vụ ược ịnh nghĩa rõ với lớp mạng;  Định khung
 Kiểm soát và xử lí các lỗi ường truyền;
 Điều khiển luồng dữ liệu ể tương thích ược tốc ộ của máy phát và máy thu. Máy phát Máy thu Gói Gói Khung Tiêu ề Tải trọng Đuôi Tiêu ề Tải trọng Đuôi lOMoARcPSD| 36067889
Các chức năng lớp 2: Liên kết dữ liệu
 Lớp liên kết dữ liệu có thể ược thiết kế ể cung
cấp một số loại dịch vụ như:
 Dịch vụ hướng kết nối có báo nhận: 2 bên phải thiết lập
kết nối. Dịch vụ này chi phí rất cao vì có kiểm soát lỗi và
luồng, ảm bảo tin cậy, dữ liệu không bị mất
 Dịch vụ phi kết nối không báo nhận: 2 bên không cần
thiết lập kết nối. Dịch vụ này nhanh, chi phí thấp nhưng
không ảm bảo tin cậy (do không kiểm soát lỗi và luồng nên
dữ liệu có thể bị mất)
 Dịch vụ phi kết nối có báo nhận lOMoARcPSD| 36067889
Các chức năng lớp 2: Định khung
 Định khung: Chia dòng bít thành các khung
rời rạc và tính tổng kiểm tra (checksum) cho mỗi khung.  Đếm kí tự
 Sử dụng các byte cờ với kĩ thuật byte stuffing
 Sử dụng cờ bắt ầu và kết thúc với kĩ thuật bit stuffing
 Sử dụng các ặc iểm mã hóa ở lớp vật lí lOMoARcPSD| 36067889
Các chức năng lớp 2: Định khung  Đếm kí tự: 
Sử dụng một trường ầu tiên trong tiêu ề ể chỉ ra số kí tự trong khung. Đếm ký tự Một ký tự
5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8 0 1 2 3 4 5 6 8 7 8 9 0 1 2 3 (a) Ưu iểm? Khung 1 Khung 2 Khung 3 Khung 4 5 kí tự 5 kí tự 8 kí tự 8 kí tự lOMoARcPSD| 36067889 Nhược Lỗi iểm?
5 1 2 3 4 7 6 7 8 9 8 0 1 2 3 4 5 6 8 7 8 9 0 1 2 3 (b) Khung 1 Khung 2 Bắt ầu ếm kí tự (Sai) lOMoARcPSD| 36067889
Sử dụng các byte cờ với kĩ thuật byte stuffing
Sử dụng các byte có cấu
trúc ặc biệt ặt ở ầu và cuối khung. Ưu iểm? Nhược iểm?
(a) A frame delimited by flag bytes.
(b) Four examples of byte sequences before and after stuffing. lOMoARcPSD| 36067889
Các chức năng lớp 2: Định khung
 Sử dụng cờ bắt ầu và kết thúc với kĩ thuật bit stuffing
 Mỗi khung sẽ bắt ầu và kết thúc bởi một tổ hợp bit có cấu
trúc ặc biệt (Flag) là 01111110
 Mỗi khi máy phát nhìn thấy 5 bit 1 liên tiếp theo sau bit 0
trong dòng dữ liệu thì lớp liên kết dữ liệu của nó sẽ tự ộng ộn thêm một bit 0 vào. lOMoARcPSD| 36067889 Ưu iểm? Nhược iểm?
Sử dụng các ặc iểm mã hóa ở lớp vật lí 
Ví dụ với mã Manchester: bit 1 ược mã hóa bởi cặp caothấp
(high-low), còn bit 0 ược mã hóa bởi cặp thấp-cao (low-high).
Các tổ hợp cao-cao (high-high) và thấp-thấp (low-low) không
xuất hiện trong dữ liệu nên có thể ược sử dụng ể xác ịnh giới hạn các khung. lOMoARcPSD| 36067889 Ưu iểm? Nhược iểm? lOMoARcPSD| 36067889
Các chức năng lớp 2: Kiểm soát lỗi lOMoARcPSD| 36067889
Các chức năng lớp 2: Điều khiển luồng 
Bên nhận thường có bộ ệm ể nhận dữ liệu 
Khi dữ liệu ến, bên nhận thực hiện một số xử lý trước khi chuyển lên lớp cao hơn 
Điều khiển luồng nhằm ảm bảo bên phát không gửi dữ liệu
quá nhanh hoặc quá chậm, ngăn ngừa việc tràn bộ ệm Có hai cơ chế iều khiển:
 Dựa trên thông tin phản hồi (feedback-based flow control)
 Máy thu gửi trả thông tin ến máy phát ể báo cho máy phát truyền tiếp dữ liệu
hoặc báo cho máy phát biết tình trạng nhận dữ liệu ra sao.
 Dựa trên tốc ộ (rate-based flow control)
 Có một cơ chế ể giới hạn tốc ộ máy phát gửi tin mà không cần phải sử dụng thông tin phản hồi 
Phương pháp Stop-and-wait lOMoARcPSD| 36067889
Các chức năng lớp 2: Điều khiển luồng 
Phương pháp Stop-and-wait: lOMoARcPSD| 36067889
Các chức năng lớp 2: Điều khiển luồng 
Phương pháp Sliding windows lOMoARcPSD| 36067889
Các chức năng lớp 2: Điều khiển luồng 
Phương pháp Sliding windows lOMoARcPSD| 36067889
Các chức năng lớp 2: Điều khiển luồng lOMoARcPSD| 36067889
Các chức năng lớp 2: Điều khiển truy nhập
 Đối với các cấu trúc liên kết dạng BUS và vòng Ring,
chỉ có một ường truyền duy nhất nối tất cả các trạm
với nhau do ó cần có các qui tắc chung ể các máy
trạm có thể truy nhập ường truyền.
 Phương pháp truy nhập có iều khiển:
 Chuyển thẻ bài (Token Passing)
 Ưu tiên theo yêu cầu (Demand priority)
 Phương pháp truy nhập ngẫu nhiên:
 Đa truy nhập cảm nhận sóng mang (CSMA)
 Đa truy nhập cảm nhận sóng mang có tránh xung ột (CSMA/CA) lOMoARcPSD| 36067889
 Đa truy nhập cảm nhận sóng mạng có phát hiện xung ột (CSMA/CD)
Các chức năng lớp 2: Điều khiển truy nhập
 Các phương thức truy nhập không dây:
 FDMA (Frequency Division Multiple Access)
 TDMA (Time Division Multiple Access)
 CDMA (Code Division Multiple Access)
 SDMA (Space Division Multiple Access)
Các chức năng lớp 2: Điều khiển truy nhập
 Các chuẩn lớp liên kết dữ liệu: lOMoARcPSD| 36067889
 Lớp liên kết dữ liệu ịnh nghĩa cách dữ liệu ược truyền tải qua phương tiện vật lý.
 Các chuẩn ịnh nghĩa cách liên lạc tại lớp liên kết dữ liệu của các thiết bị.
 Viện kỹ thuật iện và iện tử (IEEE – Institute of Electrical and
Electronic Engineers) chia lớp liên kết dữ liệu:
 MAC (Media Access Control) ịnh nghĩa cách truyền các khung trên phương tiện vật lý.
 LLC (Logical Link Control) có trách nhiệm nhận dạng lôgíc các loại
giao thức khác nhau và sau ó óng gói chúng.
Các chức năng lớp 2: Điều khiển truy nhập
 Các chuẩn LAN phổ biến:
 IEEE 802.3: Mạng cục bộ Ethernet;
 IEEE 802.5: Mạng cục bộ Token Ring;
 IEEE 802.11: Mạng vô tuyến (Wireless LAN); lOMoARcPSD| 36067889
 IEEE 802.12: Mạng cục bộ truy nhập ưu tiên theo yêu cầu (100VG-AnyLAN);
ANSI X3T9.5: Mạng cục bộ FDDI. Tầng con IEEE 802.2 LLC Tầng Tầng con liên kết dữ liệu MAC Tầng vật lý lOMoARcPSD| 36067889
Các giao thức lớp 2
 Ethernet: cho các mạng cục bộ
 HDLC (High-Level Data Link Control)
 PPP (Point to Point Protocol): DLL in the Internet lOMoARcPSD| 36067889
Các thiết bị lớp 2  Bridges:  Connect two or more LANs.
 Use des. Add. In frame header to determine destination  Switches:
 Are like Bridges and use des. Add. To find the route. lOMoARcPSD| 36067889
 Used to connect individual computers need
more number of ports, each port has own collision domain.
 Store & Forward: Get entire a frame then transmit Hỏi áp ? Lớp vật lí Lớp lkdl 1.
Trình bày ý nghĩa của vấn ề ồng bộ và ịnh thời ở lớp vật lý (-) 2.
Trình bày các ặc iểm chính của phương thức truyền thông dị bộ (+) 3.
Trình bày các ặc iểm chính của phương thức truyền thông ồng bộ (+) 4.
Nêu các chức năng của lớp liên kết dữ liệu (-) lOMoARcPSD| 36067889 5.
Trình bày nguyên lý ịnh khung ở lớp liên kết dữ liệu (++) 8.
Trình bày nguyên lý kiểm soát lỗi ở lớp liên kết dữ liệu (-) 9.
Trình bày nguyên lý iều khiển luồng ở lớp liên kết dữ liệu (-) 1- 38