Bài giảng Ôn tập môn Mạng máy tính

Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính

ÔN TẬP Môn: Mạng máy tính ThS. NGUYỄN CAO ĐẠT E-mail:dat@cse.hcmut.edu.vn

Lưu ý về thi cuối kỳ

 Đề thi

 Sinh viên được phép đem tài liệu giấy và máy tính bỏ túi.

 Dạng trắc nghiệm.  Nội dung chính có trong các chương đã học.  Lưu ý xem kỹ ba chương 3, 4, 5.

Các nội dung chính 3 chương 3, 4, 5

 Tầng truyền tải (Transport layer)  Tầng mạng (Network layer)  Tầng liên kết dữ liệu (Datalink layer)

Các nội dung chính

 Tầng truyền tải (Transport layer)  Tầng mạng (Network layer)  Tầng liên kết dữ liệu (Datalink layer)

Giao thức và dịch vụ tầng truyền tải

ứng dụng truyền tải mạng liên kết dl vật lý

 Cung cấp một kênh liên lạc luận lý giữa các tiến trình ứng dụng trên những máy khác nhau

 Các giao thức truyền tải chạy trên các

máy đầu cuối  Phía gửi: chia thông điệp của ứng

dụng thành những đoạn (segment), đẩy xuống tầng mạng  Phía nhận: ráp lại các đoạn thành thông điệp hoàn chỉnh, đẩy lên tầng ứng dụng

ứng dụng truyền tải mạng liên kết dl vật lý

 các giao thức tầng truyền tải  Internet: TCP và UDP

UDP: User Datagram Protocol [RFC 768]

 Giao thức truyền tải Internet

“không phức tạp”

 Dịch vụ “nỗ lực tối đa”, đoạn

Tại sao cần có UDP?  Không thiết lập kết nối (giảm

độ trễ)

 Đơn giản: không có các

UDP có thể:  Bị mất  Được giao không đúng trật tự

cho ứng dụng

trạng thái kết nối ở người gửi và người nhận

 Không-kết-nối:

 Đoạn mào đầu của đoạn nhỏ  Không có kiểm soát tắc

 Không có bắt tay giữa người gửi và người nhận UDP.

nghẽn: UDP có thể truyền đi với tốc độ tối đa

 mỗi đoạn UDP được xử lý độc lập với những đoạn khác.

UDP (tt)



32 bits

cổng nguồn #

cổng đích #

tổng kiểm tra

độ dài

thường được dùng cho các ứng dụng đa phương tiện trực tuyến  khả năng chịu mất gói  dễ thay đổi tốc độ  những cách dùng

độ dài, của đoạn UDP, bao gồm cả mào đầu

Dữ liệu ứng dụng (thông điệp)



UDP khác  DNS  SNMP truyền tải tin cậy qua UDP: bổ sung tính tin cậy ở tầng ứng dụng  cơ chế kiểm soát lỗi

định dạng đoạn UDP

thuộc tầng ứng dụng!

Tổng kiểm tra UDP (checksum)

Mục đích: phát hiện “lỗi” (vd: nhảy bit) trong đoạn dữ

liệu được truyền tải

Người nhận:



tính tổng kiểm tra của đoạn nhận được



 kiểm tra xem TKT tính được có bằng giá trị trong trường TKT không ?

Người gửi:  xem đoạn nội dung dữ liệu như là một chuỗi gồm những số nguyên 16-bit tổng kiểm tra (TKT): cộng (tổng bù 1) của nội dung của đoạn

 người gửi đặt giá trị tổng kiểm tra vào trường “tổng kiểm tra- checksum” UDP

Ví dụ TKT Internet

 Ghi chú

nhất cần phải được cộng dồn vào kết quả

 Ví dụ: cộng hai số nguyên 16-bit

cộng dồn

tổng tổng kiểm tra

 Khi cộng các số, số nhớ (nếu có) của bít có thứ hạng cao

1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1

TCP: Tổng quát [RFCs: 793, 1122, 1323, 2018, 2581]

 dữ liệu truyền song công

 điểm-tới-điểm

 Dữ liệu di chuyển theo 2 hướng

trong cùng một kết nối

 định hướng kết nối

thứ tự  Không có “biên giới giữa

 Bắt tay (trao đổi các thông điệp điều khiển), khởi tạo trạng thái của bên gửi, bên nhận trước khi trao đổi dữ liệu.

th/điệp”.  Tạo đường ống



lưu lượng được kiểm tra  Bên gửi sẽ không làm tràn bên

nhận.

 1 bên gửi, 1 bên nhận  luồng byte tin cậy, theo

 Kiểm tra tắc nghẽn TCP và lưu lượng để quyết định kích thước cửa sổ.  bộ nhớ tạm gửi & nhận

Cấu trúc đoạn TCP

32 bits

cổng nguồn

cổng đích

URG: dữ liệu khẩn cấp (hầu như ko sử dụng)

số thứ tự

tính theo byte dữ liệu (không theo số đoạn!)

số xác nhận

ACK: ACK # valid

F S R P A U

cửa sổ nhận

độ dài m.đầu

ko dùng

PSH: đẩy dữ liệu (hầu như ko sử dụng)

tổng kiểm tra

Urg data pnter

số byte ng/nhận sẵn sàng nhận

phần phụ (độ dài thay đổi)

RST, SYN, FIN: khởi tạo K/N (thiết lập, kết thúc)

dữ liệu tầng ứng dụng (độ dài thay đổi)

tổng kiểm tra Internet (như trong UDP)

TCP STT và số ACK

STT (sequence number):

Máy B

Máy A

ng/dùng gõ ‘C’

ACKs:

 số thứ tự trong luồng byte của byte đầu tiên trong đoạn

máy B xác nhận việc nhận ‘C’, gửi lại ‘C’

theo mà sẽ nhận được từ máy bên kia  ACK cộng dồn Hỏi: làm sao xử lý những

máy A xác nhận việc nhận ‘C’

đoạn không đúng thứ tự  đáp: TCP ko chỉ rõ –

t/gian

công việc của nhà hiện thực

kịch bản telnet đơn giản

 là STT của byte tiếp

Các nội dung chính

 Tầng truyền tải (Transport layer)  Tầng mạng (Network layer)  Tầng liên kết dữ liệu (Datalink layer)

Tầng mạng

 Truyền đoạn dữ liệu từ máy

gửi tới máy nhận

ứng dụng truyền tải mạng liên kết dl vật lý

 Máy gửi đóng gói đoạn thành

mạng liên kết dl vật lý

gói tin

mạng liên kết dl vật lý

mạng liên kết dl vật lý mạng liên kết dl vật lý

 Máy nhận, phát gói tin lên

tầng vận chuyển

mạng liên kết dl vật lý

 Giao thức tầng mạng nằm trong mọi máy và bộ định tuyến

mạng liên kết dl vật lý

ứng dụng truyền tải mạng liên kết dl vật lý

mạng liên kết dl vật lý

 Bộ định tuyến kiểm tra trường mào đầu trong mọi gói IP đi qua nó

Hai chức năng quan trọng của Tầng mạng

 Chuyển tiếp: di chuyển các gói tin từ đầu vào của bộ định

tuyến tới đầu ra thích hợp.

 Định tuyến: xác định đường đi cho gói tin từ nguồn tới

đích.

Tầng mạng của Internet

Tầng truyền tải: TCP, UDP

G/thức định tuyến •chọn đường đi •RIP, OSPF, BGP

giao thức IP •qui tắc đánh địa chỉ •định dạng gói tin •qui tắc xử lí gói tin

Tầng Mạng

bảng chuyển tiếp

giao thức ICMP •báo cáo lỗi •gửi tín hiệu tới bđt

Tầng liên kết

tầng vật lý

Định dạng gói tin IPv4

32 bits

phiên bản giao thức IP

tổng độ dài gói tin (bytes)

ver

length

độ dài mào đầu(bytes)

type of service

head. len

“loại” dữ liệu

flgs

16-bit identifier

fragment offset

dùng cho phân đoạn/ ghép đoạn

thời gian sống

upper layer

time to live

header checksum

32 bit địa chỉ IP nguồn

32 bit địa chỉ IP đích

giao thức tầng trên

Tùy chọn (nếu có)

vd, tem thời điểm, lưu đường đi, danh sách bđt sẽ đi qua.

dữ liệu (độ dài bất kì, thông thường là một đoạn TCP hoặc UDP)

chi phí cho TCP?  20 byte của TCP  20 byte của IP  = 40 bytes + mào đầu của ứ/dụng

Phân đoạn & ghép đoạn IP



Dự phân đoạn: vào: một gói tin lớn ra: 3 gói nhỏ hơn

Liên kết trong mạng có kích thước truyền tải tối đa MTU – là kích thước lớn nhất có thể của một khung dữ liệu lớp liên kết.  các loại liên kết khác nhau sẽ có MTU khác nhau  Gói tin IP lớn được chia ra

(“phân đoạn”)  một gói tin trở thành vài gói

ghép đoạn

tin

 chỉ “ghép đoạn” tại đích đến

cuối cùng

 các bit trong mào đầu IP

được dùng để xác định và sắp thứ tự các đoạn

Phân đoạn & ghép đoạn IP

length =4000

ID =x

fragflag =0

offset =0

Ví dụ  gói tin 4000 byte  MTU = 1500 bytes

Một gói tin lớn bị chia thành vài gói tin nhỏ hơn

length =1500

ID =x

fragflag =1

offset =0

1480 bytes trong trường dữ liệu

length =1500

ID =x

fragflag =1

offset =185

khoảng cách = 1480/8

length =1040

ID =x

fragflag =0

offset =370

Đánh địa chỉ IP

223.1.1.1

223.1.2.1

223.1.1.2

223.1.1.4 223.1.2.9

 Địa chỉ IP: 32-bit là kí hiệu định danh cho máy, và mỗi giao diện của bộ định tuyến.

 giao diện: liên kết giữa

223.1.2.2

223.1.3.27

223.1.1.3

máy/bđt và liên kết vật lý  Bộ định tuyến thông

thường có nhiều giao diện

 máy tính thường chỉ có 1

223.1.3.2

223.1.3.1

giao diện.

 địa chỉ IP liên kết với mỗi

giao diện.

223.1.1.1 = 11011111 00000001 00000001 00000001

223

Mạng con (subnet)

223.1.1.1

 Địa chỉ IP gồm

223.1.2.1

223.1.1.2

bit bậc cao)

223.1.1.4 223.1.2.9

 Phần địa chỉ mạng (các

223.1.2.2

thấp)

223.1.1.3

223.1.3.27

 Mạng con là gì ?

subnet

223.1.3.2

223.1.3.1

 phần máy (các bit bậc

mạng chứa 3 mạng con

nhau về mặt vật lý mà không cần qua bộ định tuyến

 giao diện của thiết bị với cùng phần mạng con trong địa chỉ IP  có thể giao tiếp với

Mặt nạ mạng con (subnet mask)

223.1.1.0/24

223.1.2.0/24

223.1.3.0/24

Subnet mask: /24

Phân loại giải thuật định tuyến

Thông tin tổng quát hay phân

tán? Tổng quát:

Tĩnh hay động? Tĩnh:  tuyến đường chậm thay



đổi theo t/gian

tất cả bđt đều có thông tin đầy đủ về đồ hình mạng và chi phí liên kết

Động:  tuyến đường thay đổi

 g/thuật “trạng thái kết nối” Phân tán:  bđt biết hàng xóm kết nối vật lý

tới nó, chi phí tới họ

 quá trình tính toán, trao đổi

nhanh hơn  cập nhật theo chu kì  để phản ánh lại sự thay đổi trong chi phí đường liên kết

thông tin với hàng xóm được lặp đi lặp lại

 g/thuật “véc tơ khoảng cách”

Giải thuật Dijkstra: Ví dụ

D(x),p(x) 1,u

D(y),p(y) ∞ 2,x

D(v),p(v) 2,u 2,u 2,u

D(w),p(w) 5,u 4,x 3,y 3,y

D(z),p(z) ∞ ∞ 4,y 4,y 4,y

Bước 0 1 2 3 4 5

N' u ux uxy uxyv uxyvw uxyvwz

Giải thuật Dijkstra: ví dụ (2)

Kết quả cây đường đi ngắn nhất từ u:

Kết quả bảng chuyển tiếp tại u:

đích

liên kết

(u,v) (u,x)

v x

(u,x)

Giải thuật Véc tơ-Khoảng cách

 Dx(y) = chi phí thấp nhất từ x tới y  node x biết chi phí tới mỗi hàng xóm v: c(x,v)  node x duy trì véc tơ khoảng cách

Dx = [Dx(y): y є N ]

 node x cũng duy trì các véc tơ khoảng cách của hàng xóm

 Cho mỗi hàng xóm v, x duy trì

Dv = [Dv(y): y є N ]

Giải thuật Véc tơ-Khoảng cách (t.t)

Phương trình Bellman-Ford (lập trình động) Xác định dx(y) := chí phí của tuyến đường rẻ nhất từ x tới y Khi đó dx(y) = min {c(x,v) + dv(y) } với min được lấy trên tất cả hàng xóm v của x

Định tuyến trong Internet - RIP

 Giải thuật véc tơ khoảng cách  được tích hợp trong bản phân phối BSD-UNIX 1982  đơn vị đo khoảng cách: số hop (max = 15 hop) (hop - thiết bị mạng mà gói tin đi qua)

Từ bđt A tới mạng con:

đích hops u 1 v 2 w 2 x 3 y 3 z 2

Sự quảng bá trong RIP

 các véc-tơ k/cách: trao đổi giữa những hàng xóm mỗi 30 s thông qua “Thông điệp Phản hồi” (còn gọi là quảng bá).

 mỗi quảng bá: là danh sách lên tới 25 mạng đích

trong hệ thống tự trị.

Định tuyến trong Internet - OSPF

 “open”: mở, miễn phí (tương tự mã nguồn mở)  sử dụng giải thuật Trạng thái-Liên kết

 Gói quảng bá OSPF chứa một mục cho mỗi bđt hàng xóm  các quảng bá được phổ biến ra toàn AS (bằng cách gửi tràn

- flooding)  thông điệp trong OSPF được truyền trực tiếp trong IP (thay vì TCP

hoặc UDP)

 phổ biến gói tin LS  bản đồ mạng nằm ở mỗi node  sử dụng giải thuật Dijkstra để tính tuyến đường

Những đặc điểm “đặc biệt” của OSPF

 Bảo mật: tất cả thông điệp OSPF đều được xác thực (để

phòng ngừa phá hoại)

 Cho phép nhiều tuyến đường cùng chi phí (RIP chỉ có 1)  Đối với mỗi liên kết, nhiều đơn vị chi phí được tính  Tích hợp hỗ trợ truyền đơn và truyền nhiều đích  OSPF phân tầng trong những vùng lớn.

OSPF phân tầng

Các nội dung chính

 Tầng truyền tải (Transport layer)  Tầng mạng (Network layer)  Tầng liên kết dữ liệu (Datalink layer)

Tầng liên kết dữ liệu

 Truyền nhận dữ liệu tin cậy và hiệu quả giữa hai

node trên một liên kết trực tiếp.  Các dịch vụ tầng liên kết dữ liệu

 Phát hiện và sửa lỗi.  Chia sẻ một kênh truyền quảng bá: đa truy cập.  Đánh địa chỉ tầng liên kết.  Truyền tải dữ liệu tin cậy, kiểm soát lưu lượng.

Tầng liên kết dữ liệu được hiện thực ở đâu?

 Trong mỗi máy tính  Tầng liên kết được hiện

lược đồ máy tính

thực ở card mạng (network interface card)

 Gắn vào đường bus của hệ

cpu

bộ nhớ

thống

ứng dụng tr.tải mạng liên kết

bộ điều khiển

bus máy (vd, PCI)

liên kết vật lý

sự tr. tải vật lý

 Tổ hợp bao gồm phần cứng, phần mềm và firmware

card mạng

Ethernet

Công nghệ “thống trị” của mạng cục bộ:  Công nghệ LAN đầu tiên được dùng rộng rãi  Rẻ tiền ($20 cho mỗi NIC)  Theo kịp nhịp tăng tốc: 10 Mbps – 10 Gbps

Cấu trúc khung Ethernet

Cấu trúc khung ethernet Phần khởi đầu  7 byte với mẫu 10101010 theo sau bởi 1 byte với

mẫu 10101011

 Sử dụng để đồng bộ hóa tốc độ đồng hồ của người

gửi với người nhận.

Cấu trúc khung Ethernet (tt)

 Địa chỉ: 6 bytes

 nếu NIC nhận được khung với đúng địa chỉ MAC của nó hoặc là địa chỉ phát tán rộng (vd gói tin ARP), nó sẽ đẩy dữ liệu trong khung lên giao thức tầng mạng

 ngoài ra, NIC bỏ khung

 Loại: xác định giao thức tầng cao hơn (hầu hết là IP nhưng thỉnh thoảng có những g/t khác, vd, Novell IPX, AppleTalk)

 CRC: kiểm tra tại người nhận, nếu có lỗi, khung sẽ bị bỏ

Ethernet: không tin cậy,không kết nối

 không kết nối: không có bắt tay giữa các NIC gửi và nhận  không tin cậy: NIC nhận không gửi ACK hoặc là NACK cho

NIC gửi  Luồng gói tin truyền tới tầng mạng có thể có chỗ gián đoạn (các gói

tin bị mất)

 Các chỗ gián đoạn có thể được lấp đầy nếu ứng dụng dùng TCP

 Giao thức giải quyết đa truy cập của Ethernet

 CSMA/CD

Giải thuật CSMA/CD Ethernet

4. Nếu NIC phát hiện sự

truyền tải khác trong khi đang truyền: hủy bỏ và gửi tín hiệu nghẽn

1. NIC nhận được gói tin từ tầng mạng, tạo ra khung 2. Nếu NIC thấy kênh truyền rỗi, bắt đầu truyền khung. Nếu NIC thấy kênh bận, đợi đến khi kênh rỗi, sau đó truyền

5. Sau khi hủy bỏ việc gửi sau lần đụng độ thứ m, NIC chọn K ngẫu nhiên từ {0,1,2,…,2m-1}. NIC chờ K·512 t/gian bit, quay lại bước 2.

3. Nếu NIC gửi toàn bộ khung đi mà không phát hiện ra sự truyền tải nào khác, NIC hoàn thành việc gửi khung!

CSMA/CD Ethernet (tt)

Tín hiệu tắc nghẽn: đảm bảo rằng

tất cả các người gửi khác biết về sự đụng độ; 48 bits

T/g bit: .1 microsec cho mạng

Thoái lui hàm mũ:  Mục tiêu: thay đổi thời gian chờ truyền lại cho phù hợp với tải hiện tại  tải nặng: thời gian chờ ngẫu

Ethernet 10 Mbps; với K=1023, thời gian chờ vào khoảng 50 msec

nhiên sẽ dài hơn  đụng độ đầu tiên: chọn K từ {0,1}; độ trễ là K· 512 t/g bit

 đụng độ lần 2: chọn K từ

{0,1,2,3}…

 sau va chạm lần 10, chọn K từ

{0,1,2,3,4,…,1023}

Xem/tương tác với vi mã Java trên Web AWL: rất khuyến khích !

Chuẩn Ethernet 802.3: Tâng Liên Kết và Vật Lý

 nhiều chuẩn Ethernet khác nhau

 giao thức MAC và định dạng khung phổ biến  vận tốc khác nhau: 2 Mbps, 10 Mbps, 100 Mbps, 1Gbps, 10G bps  môi trường vật lý khác nhau: cáp quang, cáp TH

giao thức MAC và định dạng khung

100BASE-T2

100BASE-FX

100BASE-TX

100BASE-BX

100BASE-SX

100BASE-T4

ứng dụng truyền tải mạng liên kết vật lý

tầng vật lý sợi quang

tầng vật lý dây đồng (cặp xoắn)

Tóm tắt

 Tầng truyền tải (Transport layer)  Tầng mạng (Network layer)  Tầng liên kết dữ liệu (Datalink layer)