Bài giảng Kỹ thuật truyền số liệu - Chương 4: Nghi thức liên kết dữ liệu - Lê Nam Dương

Data Communication Technology 348 Chƣơng 4 Nghi thức liên kết dữ liệu  Kiểm soát lỗi  IRQ/ ARQ  Go back n  Selective repeat  HDLC CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 349 Kiểm soát lỗi – IDLE RQ  Hoạt động ở chế độ bán song công  Khi P gởi cho S một Frame thì P phải chờ S báo khung trước đó đã nhận đúng hay sai. Và P sẽ truyền khung mới hay khung cũ tùy thuộc vào việc nhận đúng hay sai của S.  Có hai loại IDLE –RQ:  Truyền hiểu ngầm  Truyền tường minh CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 350 IDLE-RQ – stop and wait ARQ hiểu ngầm  Việc truyền lại hiểu ngầm  S: chỉ xác nhận khung truyền nào đúng  P: tự hiểu ngầm có khung truyền của nó bị sai hoặc mất  S: khi phát hiện khung đúng nó sẽ truyền lại khung xác nhận ACK (acknowledgement).  S: phát hiện khung sai hoặc bị mất thì nó không làm gì cả và khi đó P tự hiểu ngầm và truyền lại. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 351 IDLE-RQ – stop and wait ARQ hiểu ngầm  Nguyên lý chính của Stop and wait ARQ hiểu ngầm  P: gởi một I-frame đến S  P đợi phản hồi từ đích  ACK-frame: P sẽ gởi một I-frame mới cho P  //NAK-frame: P sẽ gởi lại I-frame cũ  Không nhận được trả lời: P gởi lại I-frame cũ sau thời gian time out. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 358 Cấu trúc khung Idle -RQ  Số chứa trong mỗi I-frame gọi là N(S)- send sequence number  Số chứa trong mỗi ACK/ NAK frame gọi là N(R) – receive sequence number  Các ký tự điều khiển vẫn được sử dụng  SOH, STX, ETX CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 359 Cấu trúc khung Idle -RQ  Mỗi I-frame phải chứa một N(S) sau SOH (start of header), kế tiếp là cấu trúc thông thường trong truyền bất đồng bộ. Trong đó ký tự cuối cùng là BCC (kiểm tra tổng khối) để phía thu biết nhận đúng hay sai.  Ba khung cơ bản I-frame, ACK-frame, NAK- frame là các đơn vị dữ liệu PDU (protocol data units) của nghi thức idle –RQ. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 360 Cấu trúc khung Idle -RQ SOH N(S) ST X ETX BCC CÁC KÝ TỰ ACK N(R) BCC NAK N(R) BCC Dạng thức Khung ACK Dạng thức Khung NAK Dạng thức khung I (information) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 361 S p I(N) ACK(N) time Time stopped Tp Tix Tip Tp Tax Hệ số sử dụng đƣờng truyền của nghi thức idle RQ  trường hợp truyền không có lỗi CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 362 Hiệu suất truyền Idle RQ- không lỗi  Xét khung truyền thứ N từ P sang S không bị sai. Phía S sau khi xử lý sẽ truyền ACK frame từ S sang P.  Tp thời gian truyền sóng từ P S  Tix thời gian phát một khung  Tip thời gian xử lý của S cho I-frame  Tax thời gian xử lý của P cho ACK frame  Tt thời gian kể từ khi P phát một khung đến khi xử lý xong ACK frame CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 363 Hiệu suất truyền Idle RQ- không lỗi ix ix ax ix ax ix ix ix 2 : 2 : ; 2 set up = 1 1 2 t t p ip p ip p p T T T T T T T so T T T T T hence T T T T                   •Thời gian truyền sóng từ khoảng cách s vận tốc v: p s T v  • Thời gian phát một khung: • N: tổng số bit trong khung • R: tốc độ bit của kênh truyền ix N T R  •Nếu cự ly đường truyền là lớn, hệ số a lớn  hiệu suất đường trường thấp •Khoảng cách đường truyền ngắn: hiệu suất đạt gần 100% CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 364 Hiệu suất truyền Idle RQ- không lỗi  Ví dụ 4.1: các khung truyền liên tiếp, có chiều dài 1000bits được truyền dùng nghi thức idle RQ. Xác định hệ số sử dụng đường truyền cho các loại đường truyền khác nhau sau đây (giả sử xét các tốc bit 1kbps, và 1Mbps, vận tốc truyền sóng là 2.10^8m/s, đường truyền không bị lỗi)  A. cáp xoắn có chiều dài 1km  B. đường dây thuê bao riêng 2000km  C. đường truyền vệ tinh 50000km CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 365 Ví dụ 4.1 Thời gian truyền một khung: R= 1kbps R= 1Mbps ix 1000 1( ) 1000 T s  3 ix 6 1000 10 ( ) 10 T s  a. 6 8 1000 5.10 ( ) 2.10 p s T s v    R= 1kbps R= 1Mbps 6 6 ix 5.10 1 5.10 100% 1 1 2 pT T            6 3 3 ix 5.10 1 5.10 100% 10 1 2 pT T              b,c hướng dẫn sinh viên giải, sau đó đưa ra kết luận về hiệu suất của bài toán  sự tương đồng với lý thuyết đã trình bày. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 366 Hiệu suất truyền Idle RQ- có lỗi  Trong cơ chế Idle RQ, nếu truyền sai thì truyền lại.  Giả sử truyền được một khung thì có trung bình Nr khung được thực hiện truyền  Vậy:  Giả sử P là xác suất sai lỗi 1 bit  xác xuất đúng 1 bit là 1- P.  xác xuất đúng 1 khung là:  Ni: số bit trong một khung 1 1 1 2rN     (1 ) i N P CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 367 Hiệu suất truyền Idle RQ- có lỗi  Xác suất sai một khung:  Xác xuất đúng một khung  Ví dụ 4.2. Làm lại ví dụ 4.1 trong trường hợp xác xuất lỗi 1 bit là P=10^-4 1 (1 ) , because: P<<1i N f iP P PN    1 11 1 1 2 1 2 f i f r P N P P N             CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 368 Ví dụ 4.2  Hướng dẫn câu a – b&c sv tự làm  Hiệu suất đường truyền: R= 1kbps R= 1Mbps 4 6 1 1 1000.10 90% 1 2 1 2.5.10 iN P           4 3 1 1 1000.10 89% 1 2 1 2.5.10 iN P           CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 369 RQ liên tục  P gửi liên tục các I-frame liên tục không cần chờ ACK-frame  P sẽ duy trì một bản sao của mỗi I-frame trong bộ nhớ FIFO (first in first out) –vì có nhiều hơn một I- frame đang chờ xác nhận ACK.  S trả về P một ACK khi nhận được một khung không sai.  Mỗi I-frame chứa một định danh duy nhất sẽ được trả về trong các ACK tương ứng. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 370 RQ liên tục  S duy trì một danh mục có theo thứ tự, tức danh sách thu gồm n khung thu tốt sau cùng.  P tự động loại bỏ các I-frame tương ứng với các ACK tương ứng mà nó nhận được.  Có hai loại RQ liên tục là:  Selective repeat  Go back N CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 371 RQ –liên tục – Selective repeat  S phát hiện và chỉ yêu cầu truyền lại đối với những khung nào bị sai.  Có hai cách:  Selective repeat hiểu ngầm  Selective repeat tường minh CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 372 Selective repeat hiểu ngầm CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 373 Selective repeat hiểu ngầm  Trong mô hình truyền gói I(N+1) bị lỗi  S trả về ACK cho mỗi I-frame nhận tốt ở trước đó (ACK N, N+2, N+3)  Khi P nhận ACK(N+2) thì nó tự hiểu ngầm rằng S đã không xác nhận I-frame I(N+1).  P tự động loại bỏ những I-frame được lưu trữ trong FIFO mà nó có xác nhận ACK tương ứng  P tự động truyền lại I-frame I(N+1) trước khi nó phát I-frame I(N+5). CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 374 Selective repeat hiểu ngầm CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 375 Selective repeat hiểu ngầm  Mô hình selective repeat trong trường hợp gói ACK(N) bị lỗi  Khi nhận được ACK(N+1) thì P phát hiện chưa có sự xác nhận của I(N) tức là ACK(N) nên nó sẽ truyền lại I(N).  S nhận lại I(N) thấy hai bản I-frame giống nhau về chỉ số tự động loại bỏ 1.  S loại bỏ khung I(N) nhưng cũng phải trả về ACK để cho P biết và P tự động loại bỏ I(N) trong danh sách truyền lại. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 376 Selective repeat tƣờng minh  S dùng NAK-frame để yêu cầu P truyền lại khung cụ thể, NAK xem như việc loại bỏ có lựa chọn  Một khung ACK xác nhận tốt tất cả các khung trong danh sách truyền lại từ thấp đến số thứ tự của khung ACK hiện hành – tức là P sẽ loại bỏ tất cả các khung trong danh sách truyền lại tương ứng. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 377 Selective repeat tƣờng minh CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 378 Selective repeat tƣờng minh  Trường hợp gói I(N+1) bị lỗi  S trả về khung ACK cho I(N)  Khi S nhận được khung I(N+2), nó phát hiện I(N+1) nên nó trả về P khung NAK(N+1)  Khi P nhận NAK(N+1) thì hiểu rằng S đang chờ khung I(N+1) nên P sẽ truyền lại khung này  Khi S trả về P khung NAK, nó rời vào trạng thái truyền lại có nghĩa là nó phải đợi cho được khung dữ liệu ứng với NAK mà nó đã gởi đi. Sau khi nhận được khung này rồi nó sẽ gởi ACK tương ứng khung mà nó nhận lại được (theo mong muốn do mất). CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 379 Selective repeat tƣờng minh  Trường hợp gói I(N+1) bị lỗi  Trong suốt quá trình trạng lại S không truyền ACK hay NAK nào cho P.(Trạng thái treo).  Khi S bắt đầu nhận lại được I(N+1) thì nó sẽ bắt đầu gởi lại các khung ACK tương ứng.  ACK(N+1) sẽ xác nhận tốt cho tất cả các khung đánh số đến N+1  Một bộ định thì được sử dụng với mỗi khung NAK để đảm bảo nếu khung này bị mất thì nó phải được truyền lại cho đến khi chính xác CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 380 Go back n  Khi S phát hiện một khung không đúng thứ tự, nó yêu cầu P truyền lại tất cả các khung bắt đầu từ một vị trí cụ thể. S thực hiện điều này bằng cách trả về P một khung NAK đặc biệt được xem như loại bỏ. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 381 Go back n CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 382 Go back n  I-frame I(N+1) bị lỗi  S nhận I(N+2) không đúng thứ tự  Khi S nhận I(N+2), S trả về NAK(N+1) để thông báo P truyền lại I(N+1)  S rơi vào trạng thái truyền lại và đợi I(N+1)  Khi S nhận được I(N+1) thì rời khỏi trạng thái truyền lại và tiếp tục nhận như trước đó.  Để ngăn ngừa NAK frame bị lỗi, S bắt đầu định thì để nhận khung I(N+1) trong khoảng thời gian đặt trước CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 383 Go back n CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 384 Go back n  Xét trường hợp ACK(N) và ACK(N+1) sai, P không nhận được  S nhận đúng thứ tự các khung I-frame, nó không yêu cầu truyền lại.  Khi P nhận ACK(N+2) mà trước đó không hề nhận được NAK từ S thì tự biết rằng tất cả các I-frame cho đến I(N+2) đều đã đúng và tự động xóa các I-frame có chỉ số <= N+2. Trong bộ đệm phát lại chỉ còn những I-frame có chỉ số >N+2 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 385 Các nghi thức định hƣớng bit  SDLC: Synchronous Data Link Control  IBM phát triển năm 1975  HDLC: High Level Data Link Control  Phát triển dựa trên SDLC  Dựa vào HDLC ITU-T phát triển thêm một số nghi thức:  LAPB, LAPD, LAPM, LAPF, Frame relay, PPP  Các nghi thức thiên hướng bit ngày nay đều có nguồn gốc từ HDLC CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 386 HDLC  Cung cấp cấu hình song công hoặc bán song công trên mô hình p2p, hoặc multi-point.  Được đặc trưng bằng các loại trạm, cấu hình, kiểu đáp ứng của chúng.  Có ba loại trạm:  Primary: kiểm soát hoàn toàn liên kết, gửi các lệnh đến các trạm Secondary.  Secondary: Phát các đáp ứng đến Primary.  Combine (kết hợp): gồm các thiết bị đồng cấp kết nối với nhau hoặc là P hoặc là S. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 387 HDLC  Các cấu hình  Bất cân bằng: cấu hình dạng Master/Slave. Thông thường là cấu hình trong mạng multi-point.  Đối xứng: mỗi trạm vật lý chứa cả hai P và S  Cân bằng: hai trạm kết nối theo dạng p2p  Cả ba loại cấu hình đều được truyền cả hai dạng song công và bán song công CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 388 HDLC – các cấu hình P S S S Command Response Response Response Cấu hình không cân bằng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 389 HDLC – các cấu hình Cấu hình đối xứng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 390 HDLC: Các cấu hình Cấu hình cân bằng Command/response Command/response combined combined CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 391 HDLC – cách thức đáp ứng  Hổ trợ ba cách thức thông tin giữa các tram:  NRM – Nomal Response Mode : cách thức đáp ứng thông thường.  ARM – Aschynchronous Response Mode : cách thức đáp ứng bất đồng bộ.  ABM – Aschynchronous Response Mode: cách thức đáp ứng cân bằng. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 392 HDLC: NRM  Thiết bị secondary phải được phép từ thiết bị primary trước khi truyền.  Khi có phép truyền, secondary có thể bắt khởi động một đáp ứng truyền bằng một hoặc nhiều khung chứa dữ liệu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 393 HDLC: ARM  Secondary khởi động truyền không cần phép của Primary mỗi khi kênh rảnh.  Không thay đổi quan hệ của Secondary và Primary.  Việc chuyển dữ liệu từ secondary đến trạm khác kể cả đến Primary phải được thực hiện bởi Primary nhằm chuyển đến đích cuối cùng. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 394 HDLC: ABM  Tất cả các trạm bằng nhau và được nối p2p.  Bất cứ trạm kết hợp (combined) nào cũng có thể khởi động truyền với trạm kết hợp khác mà không cần xin phép. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 395 Các khung của HDLC HDLC có ba loại khung  I-frames: khung thông tin S-frames: khung giám sát U-frames: khung không đánh số CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 396 Các khung của HDLC Flag Address Control Information FCS Flag I - frames Flag Address Control FCS Flag S - frames Flag Address Control Information FCS Flag U - frames CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 397 HDLC – Các khung  I-frames: Là thông tin của người sử dụng và thông tin điều khiển có liên quan đến dữ liệu.  S-frames: là thông tin điều khiển kiểm soát luồng và kiểm soát lớp liên kết dữ liệu.  U-frames: là thông tin dùng để quản lý liên kết và được dùng trong hệ thống quản lý. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 398 HDLC: Trƣờng của khung  Mỗi khung trong HDLC chứa sáu trường:  Trường Flag bắt đầu (cờ mở đầu – opened flag)  Trường Address (địa chỉ)  Trường Control (điều khiển)  Trường Information (thông tin dữ liệu)  Trường FCS (Frame Check Sequence – thông tin kiểm tra tuần tự)  Trường Flag cuối (cờ đóng – closed flag) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 399 Flag  Gồm một chuổi 8 bit “01111110” có vai trò bắt đầu và kết thúc một khung.  Có tác dụng như là mẫu đồng bộ của bộ thu.  Vấn đề đặt ra là: dữ liệu của “Control” và “Information” có thể chứa cờ “Flag”. Khi đó bộ thu “nhầm rằng đã kết thúc khung dẫn đến nhận sai”, bộ phát phải làm thế nào? CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 400 Flag  HDLC (phía phát) tự động chèn thêm bit:  Khi bộ gửi muốn truyền một chuổi bit có từ 5 bit “1” liên tiếp thì nó chèn bit “0” sau bit “1” thứ năm, bất chấp bit thứ sáu là “1” hay “0”.  Cách làm trên nhằm báo bộ thu biết nó không phải là cờ (flag).  HDLC có thêm một số chuẩn:  Số bit 1 liên tiếp sau một bit “0” là 7 hoặc 14 tương ứng với tín hiệu loại bỏ.  Số bit “1” liên tiếp sau một bit “0” là 15 tương ứng tín hiệu idle (đường truyền rảnh). CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 401 Trƣờng địa chỉ (Address Field-AF)  Chứa địa chỉ của trạm secondary.  Primary tạo AF đến.  Secondary tạo AF đi.  AF có thể chứa một byte hoặc nhiều byte phụ thuộc vào nhu cầu của mạng.  Một byte chỉ đến 128 trạm.  Các mạng lớn hơn yêu cầu nhiều hơn một byte cho AF.  AF có một byte thì bit cuối cùng phải là “1”.  AF có hơn một byte thì byte cuối cùng kết thúc là “1” và các byte còn lại kết thúc là “0” CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 402 Trƣờng điều khiển (Control Field – CF)  Chứa một hoặc hai byte (dùng trong trường hợp mở rộng) để quản lý luồng. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 403 Trƣờng điều khiển - CF  P/F: có một bit và chỉ có ý nghĩa khi bit này là một nhưng có hai mục đích:  Poll: khung được gửi bởi một trạm Primary đến một trạm Secondary (trường AF chứa địa chỉ của bộ thu).  Final:khung được gửi bởi một trạm Secondary đến một trạm Primary (trường AF chứa địa chỉ của bộ nhận) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 404 Trƣờng thông tin – IF.  Chứa dữ liệu của người dùng trong I-frame  Chứa thông tin quản lý trong U-frame  Chiều dài IF trong những mạng khác nhau là khác nhau, nhưng trong một mạng là cố định.  Đối với song công hoặc bán song công thì có sự kết hợp dữ liệu được gửi chung với điều khiển gọi là Piggybacking. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 405 Trƣờng FCS trƣờng kiểm tra phát hiện sai.  Gồm 2 byte hoặc 4 byte.  Được tính dựa trên các bit của khung – trừ Flag.  Là các mã:  CRC16 bit (CRC – CRCITT)  CRC32 bit. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 406 Hoạt động của HDLC  Là quá trình trao đổi I-frame, U- frame, S-frame giữa hai bên P và S.  Gồm 3 giai đoạn  Khởi tạo kết nối  Trao đổi dữ liệu  Ngắt kết nối CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 407 Khởi tạo trong hoạt động HDLC  Gởi U-frame khởi tạo một trong 6 chế độ:  SNRM/SNRME  SARM/SARME  SABM/SABME  Chế độ truyền và số bit đánh chỉ số frame  Nếu đồng ý kết gởi lại U-frame UA – Unnumbered acknowdged  Nếu không đồng ý kết nối gởi lại U-frame DM – Disconnected Mode. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Data Communication Technology 408 Trao đổi dữ liệu trong HDLC  Xãy ra sau khi đã có kết nối  Cả hai bên đều có thể gởi I-frame chỉ số tuần tự bắt đầu từ 0.  Các S-frames có thể nhận được để điều khiển dòng và điều khiển lỗi.  RR – ACK  RNR – bên nhận bận, sau đó phải phát RR để tiếp tục nhận dữ liệu.