Bài giảng Mạng máy tính và internet: Chương 5 - ThS. Trần Quang Hải Bằng

Chia sẻ: Estupendo Estupendo | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:43

Thêm vào BST

Báo xấu

185
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 5 trình bày các giao thức tầng network. Chương này gồm có những nội dung chính sau: Các nguyên lý dịch vụ tầng mạng, bộ định tuyến (router), giao thức IP (Internet Protocol), giải thuật chọn đường (định tuyến), định tuyến trong Internet. Mời các bạn tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Mạng máy tính và internet: Chương 5 - ThS. Trần Quang Hải Bằng

MẠNG MÁY TÍNH VÀ INTERNET Chương 5: Giao thức tầng network bangtqh@utc2.edu.vn Nội dung 1. Các nguyên lý dịch vụ tầng mạng 2. Bộ định tuyến (router). 3. Giao thức IP (Internet Protocol). 4. Giải thuật chọn đường (định tuyến). 5. Định tuyến trong Internet. bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 2
5.1. Nguyên lý & dịch vụ tầng mạng Sự khác biệt giữa liên kết tại tầng Transport và Network? server B application application transport transport network network data link data link host A physical physical application application transport transport network network data link data link physical physical bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 3 5.1. Nguyên lý & dịch vụ tầng mạng (tt) Gửi các phân đoạn dữ liệu (segment) từ máy gửi tới máy application transport nhận network data link network physical Máy gửi (sender) đóng gói các network data link data link physical network data link segment thành các gói tin physical physical network (packet) và vận chuyển nó tới data link physical network data link máy đích. physical Tại máy đích (receiver) phát network network data link data link physical packet lên tầng transport physical network data link application Giao thức tầng mạng cần phải physical transport network triển khai tại mọi node trên mạng data link physical Các bộ định tuyến kiểm tra header của mọi packet đi qua nó bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 4
5.1. Nguyên lý & dịch vụ tầng mạng (tt) Chức năng của tầng mạng Chuyển tiếp – Di chuyển các gói tin từ đầu vào của Router tới đầu ra thích hợp Định tuyến – Xác định đường đi cho gói tin từ nguồn tới đích. bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 5 Routing & Switching in routers routing algorithm determines routing algorithm end-end-path through network forwarding table determines local forwarding table header value output link local forwarding at this router 0100 3 0101 2 0111 2 1001 1 value in arriving packet’s header 0111 1 3 2 bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 6
5.1. Nguyên lý & dịch vụ tầng mạng (tt) Tầng vận tải (transport) cần gì ở tầng mạng? – Tin cậy vào tầng network ? – Các gói tin có đến đích đúng thứ tự đã gửi ? – Thời gian truyền có được đảm bảo ? – Có phản hồi về tình trạng nghẽn mạng ? Hai mô hình cơ bản của tầng mạng: – Kênh ảo (virtual circuit) – Lược đồ (gram) dữ liệu (datagram) bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 7 Virtual Circuit Thiết lập liên kết trước khi truyền dữ liệu và huỷ bỏ liên kết sau khi truyền xong cần 3 pha: – VC setup: Thiết lập kênh truyền ảo (VC) từ sender tới receiver (đã biết địa chỉ). – Data transfer: Truyền qua dữ liệu qua VC. – VC teardown: Hủy bỏ VC (sender hoặc receiver ra thông báo ngắt VC) Mỗi packet chứa thông tin về kênh mà nó sẽ đi qua (VC identifier number). Các bộ thiết bị định tuyến luôn nắm giữ trạng thái của kênh ảo (VC) đi qua nó. bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 8
Virtual Circuit: Signaling protocol Giao thức truyền các thông điệp giữa end system và network layer để yêu cầu thiết lập, huỷ bỏ VC; giữa các thiết bị chuyển mạch (switches) để thiết lập VC. Được sử dụng trong mạng ATM, Frame Relay, X.25. application transport 5. Data flow begins 6. Receive data application transport network 4. Call connected 3. Accept call network data link 1. Initiate call 2. incoming call data link physical physical bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 9 Datagram network Không thiết lập kênh truyền. Các thiết bị chuyển mạch không cần nắm giữ trạng thái các kênh. Gói tin được truyền dựa trên địa chỉ của receiving host. Đường đi của các gói tin giữa hai host có thể khác nhau. application application transport transport network network data link 1. Send data 2. Receive data data link physical physical bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 10
Datagram or VC network: why? Internet ATM Mạng máy tính: Mạng điện thoại (chuyển mạch – dịch vụ nhạy cảm. kênh). – không giới hạn thời gian. Tương tác người-người đòi Các hệ thống cuối “thông hỏi: minh” (computer): – thời gian truyền. – có khả năng thích nghi, – độ tin cậy. kiểm soát, khôi phục lỗi. – dịch vụ phải được đảm – kiến trúc bên trong mạng bảo. đơn giản nhưng kết nối các Các thiết bị cuối đơn giản, mạng phức tạp. dường như cố định: Nhiều dạng liên kết mạng dẫn – điện thoại. đến một dịch vụ thuần nhất – mức độ phức tạp nằm bên (kênh) là không thích hợp. trong mạng. bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 11 Nội dung 1. Các nguyên lý dịch vụ tầng mạng 2. Bộ định tuyến (router). 3. Giao thức IP (Internet Protocol). 4. Giải thuật chọn đường (định tuyến). 5. Định tuyến trong Internet. bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 12
5.2. Bên trong bộ định tuyến Hai chức năng chính Chạy giải thuật chọn đường (RIP, OSPF, BGP). Chuyển tiếp (forwarding) các gói tin từ cổng vào tới cổng ra thích hợp. bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 13 Cổng vào Physical layer: Nhận các bit Data link layer: Chuyển mạch không tập trung: Vd: Ethernet Cho đích của gói tin, tìm cổng ra sử dụng bảng chuyển mạch trong bộ nhớ của cổng vào Mục tiêu: hoàn thành xử lý ở cổng vào với ‘tốc độ đường truyền’ Xếp hàng: nếu gói tin tới nhanh hơn tốc độ chuyển tiếp vào cơ cấu chuyển mạch bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 14
Các cơ cấu chuyển mạch Ba cơ cấu memory memory bus crossbar bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 15 Chuyển mạch qua bộ nhớ Một máy tính truyền thống với cài đặt cơ chế chuyển mạch dưới sự điều khiển trực tiếp của CPU Gói tin được chép vào bộ nhớ hệ thống vận tốc bị hạn chế bởi băng thông của bộ nhớ (mỗi gói đi qua mạch bus 2 hai lần) input output port memory port (e.g., (e.g., Ethernet) Ethernet) system bus bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 16
Chuyển gói thông qua mạch dẫn Gói tin đi từ bộ nhớ của cổng vào tới bộ nhớ của cổng ra thông qua một mạch chia sẻ (shared bus) Tranh giành bus: tốc độ chuyển mạch bị hạn chế bởi băng thông của bus bus 32 Gbps bus, Cisco 5600: vận tốc vừa phải cho các BĐT truy cập và xí nghiệp bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 17 Chuyển mạch dùng cross bar Khắc phục được hạn chế băng thông của bus Thiết kế cao cấp: chia gói tin thành những ô độ dài xác định, chuyển crossbar các ô đó qua cơ cấu chuyển mạch. Cisco 12000: chuyển 60 Gbps thông qua một mạng kết nối lẫn nhau bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 18
Cổng ra Buffering: gói tin đến từ cổng vào nhanh hơn tốc độ truyền tải Cần đưa vào bộ nhớ đệm. Nguyên tắc lập lịch: Cơ chế lựa chọn các datagram từ bộ đệm để tiếp tục gửi đi. Datagram (packets) can be lost due to congestion, lack of buffers Priority scheduling – who gets best performance, network neutrality bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 19 5.2. Bên trong bộ định tuyến (tt) Xếp hàng (queuing ở cổng ra) switch switch fabric fabric at t, packets more one packet time later from input to output Nhớ tạm khi mà tốc độ tới vượt quá tốc độ của đường đi ra xếp hàng (trễ) và mất gói là do tràn bộ nhớ tạm của cổng ra! bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 20
5.2. Bên trong bộ định tuyến (tt) Nhớ tạm (buffering) bao nhiêu thì đủ? RFC 3439: bộ nhớ đệm trung bình bằng RTT “trung bình” (khoảng 250 msec) nhân với băng thông của liên kết C – Ví dụ: C = 10 Gbps. bộ nhớ tạm 2.5 Gbits Giá trị khuyến cáo: với N luồng, bộ nhớ tạm bằng RTT . C N bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 21 5.2. Bên trong bộ định tuyến (tt) Xếp hàng ở đầu vào Cơ cấu chuyển mạch chậm hơn tốc độ cổng vào -> xếp hàng có thể xảy ra ở cổng vào Khóa đầu-dòng (HOL): Gói tin xếp ở đầu dòng ngăn các gói khác di chuyển về trước Độ trễ xếp hàng và mất gói là do tràn bộ nhớ tạm ở cổng vào! switch switch fabric fabric Tranh chấp đầu ra: 1 packet đỏ đã được Chỉ packet đỏ được đi ra chuyển tới đầu ra; packet đỏ (chậm hơn) bị chặn lại Packet xanh iếp tục bị chặn lại bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 22
Nội dung 1. Các nguyên lý dịch vụ tầng mạng 2. Bộ định tuyến (router). 3. Giao thức IP (Internet Protocol). 4. Giải thuật chọn đường (định tuyến). 5. Định tuyến trong Internet. bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 23 5.3. IP - Giao thức liên mạng Chức năng tầng mạng của Internet Transport layer: TCP, UDP Giao thức định tuyến Giao thức IP •Chọn đường đi •Quy tắc đánh địa chỉ •RIP, OSPF, BGP •Định dạng gói tin Tầng •Quy tắc xử lý gói tin mạng routing table Giao thức ICMP •Báo lỗi •Gửi tín hiệu tới router Link layer physical layer bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 24
Nội dung 1. Các nguyên lý dịch vụ tầng mạng 2. Bộ định tuyến (router). 3. Giao thức IP (Internet Protocol). 4. Giải thuật chọn đường (định tuyến). 5. Định tuyến trong Internet. bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 25 IP datagram format Số phiên bản 32 bits Tổng độ dài gói Độ dài header head. type of tin (bytes) ver len length (bytes) service Phục vụ việc fragment 16-bit identifier flags offset phân mảnh / Loại dữ liệu time to upper Internet ghép mảnh live layer Số trạm chuyển checksum tiếp còn lại được 32 bit địa chỉ IP máy gửi Timestamp, Danh đi qua sách router sẽ đi (giảm mỗi khi qua 32 bit địa chỉ IP máy nhận qua, Đường đi 1 trạm) Thông tin bổ sung (nếu có) Chi phí cho TCP Giao thức tầng trên Dữ liệu 20 byte TCP header (Transport) (Độ dài bất kỳ, thường là 1 20 bytes IP header 6 = TCP; 17 = UDP segment TCP hoặc UDP) = 40 bytes + Header tầng ứng dụng bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 26
IP datagram - example Sender’s MAC address Receiver’s MAC address Type of upper layer’s protocol ( 0x0800 = IP ) bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 27 IP datagram – example (tt) Id IP version: 4 TOS IP’s Header Total length: Header length: 20 bytes 72 bytes Flags & Fragment’s offset TTL Transport’s protocol: UDP Checksum Source’s IP: 192.168.1.10 bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 28
IP datagram - example IP’s Header Dest’s IP: 203.162.4.190 bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 29 IP datagram - example Địa chỉ MAC của sender & receiver ? Địa chỉ IP của sender và receiver ? What are your Độ dài tổng của IP datagram ? TTL của IP datagram? answers ? Source’s IP, destination’s IP ? Giao thức sử dụng ở tầng Application ? bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 30
Phân mảnh và ghép mảnh IP Fragment: Đường kết nối trong mạng có kích thước truyền tải tối đa (MTU) cho 1 packet. Phân mảnh: – Các đường mạng khác nhau sẽ vào: 1 datagram lớn ‡ ra: 3 datagrams nhỏ có MTU khác nhau – Packet lớn phải chia nhỏ thành các phân đoạn và chuyển đi Reassembly: Ghép mảnh – Các nhỏ được ghép lại thành packet ban đầu tại đích. ‡ – các bit trong header IP được dùng để xác định và sắp thứ tự các đoạn bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 31 Phân mảnh và ghép mảnh IP Ví dụ: length ID fragflag offset 4000 byte datagram =4000 =x =0 =0 MTU = 1500 bytes Một datagram lớn được chia thành vài datagram nhỏ hơn 1480 bytes dữ liệu length ID fragflag offset =1500 =x =1 =0 offset =1480/8 length ID fragflag offset =1500 =x =1 =185 length ID fragflag offset =1040 =x =0 =370 bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 32
Địa chỉ IP: Giới thiệu IP address: số 32-bit định 223.1.1.1 danh cho host và interface của router. 223.1.2.1 223.1.1.2 223.1.1.4 223.1.2.9 Interface: giao diện kết nối mạng từ host tới mạng. 223.1.1.3 223.1.3.27 223.1.2.2 – host interface: mỗi máy tính thường có một NIC, cho phép nối vào một đường liên kết. 223.1.3.1 223.1.3.2 – Router thường có nhiều interface. – Mỗi interface trên router 223.1.1.1 = 11011111 00000001 00000001 00000001 được gán 1 địa chỉ IP 223 1 1 1 bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 33 Mạng con (subnet) Địa chỉ IP gồm 2 phần – Các bit cao dành cho network. – Các bit thấp dành cho 223.1.1.1 host. 223.1.2.1 223.1.1.2 223.1.1.4 223.1.2.9 Subnet là gì? 223.1.2.2 – Mạng tạo bởi các interface 223.1.1.3 223.1.3.27 có phần network trong địa subnet chỉ IP giống nhau. – Các host cùng subnet có 223.1.3.1 223.1.3.2 thể trao đổi dữ liệu không cần thông qua router. network = 3 IP networks bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 34
Mạng con (tt) 223.1.1.2 Có bao nhiêu subnet ? 223.1.1.1 223.1.1.4 223.1.1.3 223.1.9.2 223.1.7.0 223.1.9.1 223.1.7.1 223.1.8.1 223.1.8.0 223.1.2.6 223.1.3.27 223.1.2.1 223.1.2.2 223.1.3.1 223.1.3.2 bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 35 Đánh địa chỉ IP: Class-Full bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 36
Đánh địa chỉ IP: Classless Class-full: sự phân lớp cứng nhắc, không còn thích hợp nữa (mạng con quá lớn/quá nhỏ) CIDR (Classless InterDomain Routing): – Số bit dành cho subnet có độ dài bất kỳ (theo ý đồ của nhà cung cấp hoặc người quản trị mạng) – Ký hiệu: a.b.c.d/x, với x là số lượng bit dành cho phần subnet. subnet host part part 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/23 bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 37 Xác định địa chỉ subnet ? Địa chỉ mạng: – Tất cả các bit phần host đặt về 0 Ví dụ: Cho địa chỉ IP của host 172.16.5.133/22 hãy cho biết địa chỉ mạng Giải: 10101010 00010000 00000101 10000101 172 16 5 133 10101010 00010000 00000100 00000000 172 16 4 0 bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 38
Xác định 2 địa chỉ IP cùng subnet ? Mặt nạ mạng (Subnet Mask) – Các bit phần net đặt = 1 – Các bit phần host đặt = 0 Ví dụ: Cho địa chỉ mạng 172.16.32.0/22 tìm Subnet Mask của mạng – Có 22 bit phần net (32 – 22 = 10 bit phần host) – Subnet mask là: 11111111.111111 .11111100. 0000000 = 255.255.252.0 bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 39 Xác định 2 địa chỉ IP cùng subnet ? Kiểm tra công thức ( XOR ) AND = 0 ? Ví dụ: hãy cho biết 3 địa chỉ sau địa chỉ nào cùng nằm trong 1 subnet ? SM: 255.255.240.0 IP1: 172.16.81.123 Tra lời: Cùng thuộc subnet có địa chỉ 172.16.80.0/20 IP2: 172.16.85.221 IP3: 172.16.80.57 bangtqh@utc2.edu.vn Chương 5 - Giao thức tầng mạng 40