Phân tích các khả năng, hạn chế của mạng IP hiện nay

1 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC  Bài Tập Môn học Công nghệ mạng viễn thông thế hệ mới Chủ đề Phân tích các khả năng, hạn chế của mạng IP hiện nay Giảng viên TS Ng.

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC  Bài Tập Môn học: Công nghệ mạng viễn thông hệ Chủ đề: Phân tích khả năng, hạn chế mạng IP Giảng viên: TS Nguyễn Chiến Trinh Học viên: Nguyễn Văn Công Lớp: M20CQTE02-B Hà Nội, 03/2021 Mục lục I Tổng quan giới thiệu Tìm hiểu mạng IP Khả mạng IP II Hạn chế mạng IP Sự giới hạn kích thước địa Chất lượng dịch vụ QoS 2.1 Trễ 2.2 Nghẽn 2.3 Jitter 2.4 Mất gói Hạn chế tính bảo mật kết nối đầu cuối – đầu cuối Tính tin cậy không cao Quản lý phân tán Cấu trúc định tuyến không hiệu III Kết luận Tài liệu tham khảo 10 I Tổng quan giới thiệu Tìm hiểu mạng IP Tiền thân mạng Internet mạng ARPANET Bộ quốc phòng Mỹ Mạng ARPANET đời với mục đích kết nối trung tâm nghiên cứu số Viện nghiên cứu trường đại học nhằm chia sẻ, trao đổi tài nguyên thông tin Ban đầu giao thức truyền thông sử dụng NCP (Network Control Protocol) sau thay giao thức TCP/IP (Transfer Control Protocol/ Internet Protocol) Bộ giao thức TCP/IP gồm tập hợp chuẩn mạng, đặc tả chi tiết cách thức cho máy tính thơng tin liên lạc với nhau, quy ước cho đấu nối liên mạng định tuyến cho mạng Trước đây, người ta định nghĩa “Internet mạng tất mạng sử dụng giao thức IP” Nhưng điều khơng cịn xác nhiều mạng có kiến trúc khác nhờ cầu nối giao thức nên kết nối vào Internet sử dụng đầy đủ dịch vụ Internet Internet không tập hợp mạng liên kết với nhau, Internetworking cịn có nghĩa mạng liên kết với sở đồng ý với quy ước mà cho phép máy tính liên lạc với nhau, cho dù đường liên lạc qua mạng mà chúng không đấu nối trực tiếp tới Như vậy, kỹ thuật Internet che dấu chi tiết phần cứng mạng, cho phép hệ thống máy tính trao đổi thông tin độc lập với liên kết mạng vật lý chúng Theo nghiên cứu gần đây, lưu lượng IP toàn cầu tăng gấp ba lần năm 2014 đến 2018, quan trọng hơn, nửa lưu lượng IP bắt nguồn từ thiết bị khơng phải PC vào thời điểm Từ giả định hầu hết thiết bị IoT (Internet of Things) thiết bị PC, tăng trưởng to lớn lưu lượng IoT số lượng thiết bị IoT, đưa yêu cầu từ sở hạ tầng nó, hỗ trợ phân phối nội dung mở rộng, khác biệt Hỗ trợ QoS (Chất lượng dịch vụ), quản lý lưu lượng, bảo mật, tin cậy, di động, v.v Khả mạng IP TCP/IP hoạt động hiệu nhiều hệ thống khác Ưu điểm thứ TCP/IP khơng chịu kiểm soát tổ chức Vì vậy, bạn tự việc sử dụng Thứ hai, TCP/IP có khả tương thích cao với tất hệ điều hành, phần cứng máy tính mạng Vì vậy, giao thức hoạt động hiệu với nhiều hệ thống khác nhau, đơn giản dễ dàng triển khai ứng dụng Cuối cùng, TCP/IP có khả mở rộng cao Giao thức định tuyến Và thơng qua mạng xác định đường dẫn hiệu II Hạn chế mạng IP Sự giới hạn kích thước địa Do IPv4 dùng 32 bit để đánh địa nên không gian địa IPv4 có 2^32 địa Với phát triển mạnh mẽ Internet nay, tài nguyên địa IPv4 gần cạn kiệt Như IPv4 ngày khơng cịn đáp ứng nhu cầu sử dụng mạng Internet Hai vấn đề lớn mà IPv4 phải đối mặt việc thiếu hụt địa chỉ, đặc biệt không gian địa tầm trung (lớp B) việc phát triển kích thước nguy hiểm bảng định tuyến Internet Để giải vấn đề thiếu hụt địa IP, người ta sử dụng nhiều phương pháp như: Subneting, VLSM, CIDR, NAT Thêm vào đó, nhu cầu tự động cấu hình (Autoconfig) ngày trở nên cần thiết Địa IPv4 thời kỳ đầu phân loại dựa vào dung lượng địa (số lượng địa IPv4) Địa IPv4 chia thành lớp A, B, C, D, E lớp sử dụng phổ biến Các lớp địa khác số lượng bit dùng để định nghĩa Network ID IPv6 thiết kế bao gồm chức định dạng mở rộng IPv4 để giải vấn đề Tất địa sử dụng Internet phải Với phương thức định địa việc thiếu địa xảy sớm IPv6 giao thức thay có khả trì phát triển Internet, giải vấn đề không gian địa IP: 3,4x1038 so với khoảng tỉ địa IPv4 thuộc tính khác Internet Chất lượng dịch vụ QoS Chất lượng dịch vụ QoS mang ý nghĩa “khả mạng đảm bảo trì mức thực định cho ứng dụng theo yêu cầu rõ người sử dụng” 2.1 Trễ Trễ (latency, delay) đặc tính để lượng thời gian cần thiết để gói tin di chuyển từ nguồn tới đích (trễ end – to – end) Trễ end – to – end kết hợp ba loại trễ: trễ truyền lan, trễ trình, trễ xếp hàng Trễ truyền lan Trễ truyền lan tốc độ truyền tín hiệu mạng gây nên Ví dụ tốc độ điện tử truyền truyền lan cáp đồng 125000 mile/giây Như mạng cáp kéo dài liên tục nửa vịng trái đất có trễ truyền lan chiều vào khoảng 70ms Trễ trình Trễ trình trễ gây trình xử lý thiết bị mạng (như thiết bị chuyển mạch, router), nhiều yếu tố khác trình đóng gói, nén…Trễ q trình ảnh hưởng lớn tới mạng chuyển mạch gói có mạng IP Trễ xếp hàng Trong mạng chuyển mạch gói việc sử dụng hàng đợi gây loại trễ trễ hàng đợi Sỡ dĩ có loại trễ trình xếp vào hàng đợi gói phải chờ xử lý để khỏi hàng đợi Trong trường hợp lưu lượng mạng thấp (hàng đợi khơng bị đầy) gói xử lý Nhưng mạng xảy nghẽn (hàng đợi bị đầy) gói phải chờ thời gian xử lý truyền q trình đợi lâu tuỳ vào tình trạng nghẽn kéo dài hay khơng Trễ gây q trình xếp hàng khơng thể dự đốn trước thường giao động theo mơ hình nghẽn 2.2 Nghẽn Chúng ta biết router điểm quy tụ phân chia lưu lượng hàng chục, hàng trăm, chí hàng nghìn luồng gói Lưu lượng luồng gói đến ln ln thay đổi Nếu luồng lưu lượng đến đồng thời lúc mà định hướng tới đầu ra, mà khả xử lý tốc độ giao diện đầu không đáp ứng kịp thời, độ đến lớn tốc độ có nghẽn xảy 2.3 Jitter Một cách đơn giản jitter thay đổi khoảng thời gian gói Jitter vấn đề tồn mạng gói Ví dụ có lượng gói truyền (giả sử gói thoại) mơi trường IP Người gửi mong đợi gói chuyển cách tin cậy cách khoảng thời gian không đổi (chẳng hạn 20ms) Thực tế gói bị trì hỗn qua mạng khơng thể đến đích vào thời điểm cách gửi Ví dụ, chúng khơng nhận sau 20 ms hình Độ lệch thời điểm mong đợi thời điểm nhận gói thực gọi jitter Máy nguồn Máy đích Mạng ` A B Máy đích truyền C A D1 ` B C Khe nhận D3 ≠ D2 D2 = D1 Hình 1: Hiện tượng jitter Trên hình cho thấy thời lượng cần phải gửi gói A gói B (D1 = D2) Gói C vấp phải thời gian trễ mạng nhận vào thời điểm trễ so với thời gian dự định Đây lý tồn đêm jitter, đệm che thay đổi thời gian trễ Điều cần lưu ý jitter trễ việc, cho dù có nhiều jitter mạng gói làm tăng tổng thời gian trễ mạng Bởi có nhiều jitter phải tăng đệm jitter để bù vào chất tự nhiên khơng thể dự đốn mạng gói Nếu mạng số liệu tốt có phịng ngừa thích hợp jitter mạng khơng phải trở ngại lớn đệm jitter khơng đóng góp lượng đáng kể vào tổng trễ 2.4 Mất gói Một vấn đề khác gói Như biết router thường có khả đệm giới hạn, giai đoạn trì nghẽn làm cho đệm đạt tới giới hạn chúng Khi gói vào đệm mà khơng gian đệm hết gói phải bị thải hồi đệm trở lại khả dụng Điều làm cho phía thu khơng nhận gói Nó gây nên trễ cộng vào thực truyền lại Hạn chế tính bảo mật kết nối đầu cuối – đầu cuối Trong cấu trúc thiết kế địa IPv4 khơng có cách thức bảo mật kèm IPv4 không cung cấp phương tiện hỗ trợ mã hóa liệu Kết nay, bảo mật mức ứng dụng sử dụng phổ biến, không bảo mật lưu lượng truyền tải host Nếu áp dụng IPSec phương thức bảo mật phổ biến tầng IP, mô hình bảo mật chủ yếu bảo mật lưu lượng mạng, việc bảo mật lưu lượng đầu cuối – đầu cuối sử dụng hạn chế Tính tin cậy khơng cao IP phương thức cung cấp dịch vụ truyền thông theo kiểu “không liên kết” (connectionless) hay gọi dịch vụ Datagram Phương thức không liên kết cho phép cặp đối tác không cần phải thiết lập liên kết trước truyền số liệu khơng cần phải giải phóng liên kết khơng có nhu cầu truyền số liệu Phương thức kết nối không liên kết cho phép thiết kế thực trao đổi số liệu đơn giản (khơng có chế phát khắc phục lỗi truyền) Do đó, độ tin cậy trao đổi số liệu loại giao thức không cao Truyền thông khơng tin cậy (best effort): gói, lặp gói, thay đổi trình tự, Quản lý phân tán Internet mạng tất mạng sử dụng giao thức IP, tính phân cấp lỏng lẻo, khó khăn việc quản lý Cấu trúc định tuyến khơng hiệu Địa IPv4 có cấu trúc định tuyến vừa phân cấp, vừa không phân cấp Mỗi router phải trì bảng thơng tin định tuyến lớn, địi hỏi router phải có dung lượng nhớ lớn IPv4 yêu cầu router phải can thiệp xử lý nhiều gói tin IPv4, ví dụ thực phân mảnh, điều tiếu tốn CPU router ảnh hưởng đến hiệu xử lý (gây trễ, hỏng gói tin) III Kết luận Trong giới thiệu thực trạng mạng IP nay, lợi ích đơn giản, tính tương thích dễ dàng triển khai Cùng với thay đổi chất Internet mạng thương mại mà giao thức liên mạng IP trở nên lỗi thời chất lượng Qos, an ninh, độ tin cậy, cách thức quản lý, Trước đây, Internet hầu hết mạng TCP/IP cung cấp hỗ trợ ứng dụng phân tán đơn giản truyền file, mail, truy nhập từ xa qua TELNET, song ngày Internet ngày trở thành đa phương tiện, mơi trường giàu tính ứng dụng, dẫn đầu dịch vụ WWW (World Wide Web) Tất phát triển bỏ xa khả đáp ứng chức dịch vụ mạng IP Một môi trường liên mạng cần phải hỗ trợ lưu lượng thời gian thực, kế hoạch điều khiển tắc nghẽn linh hoạt đặc điểm bảo mật mà IPv4 không đáp ứng đầy đủ Do vậy, để tiến tới xã hội thông tin xã hội mạng trước mạng IP tiến tới giới hạn việc xây dựng mạng hệ cần thiết cấp bách Xu hướng: Sự gia tăng chất lượng lẫn số lượng nhu cầu dịch vụ ngày trở nên phức tạp từ phía khách hàng kích thích phát triển nhanh chóng thị trường cơng nghệ Điện tử - Tin học – VIễn thông Hiện xu hướng phát triển công nghệ điện tử - tin học – viễn thông diễn theo xu hướng hội tụ định hướng kết nối CO (connection operation) khơng định hướng kết nối CL (connectionless operation) CƠng nghệ phát triển định hướng kết nối có ưu điểm chất luợng dịch vụ Qos cao, chất lượng mạng tốt phát triern với công nghệ truyền dẫn ATM cho phép phát triển dịch vụ băng rộng Sự phát triển theo hướng công nghệ không định hướng kết nối CL có ưu điểm đơn giản, tiện lợi, chi phí thấp, tiết kiệm băng thông nên phát triển mạnh mẽ Xu hướng phát triển công nghệ định hướng kết nối không định hướng kết nối dần tiệm cận gần hội tụ tiến tới việc phát triển công nghệ ATM/IP đặt nhiều kỳ vọng cho việc phát triển mạng theo hướng dung hợp thống làm cho dịch vụ độc lập với mạng lưới, nhanh chóng cung cấp dịch vụ mang tính tổng hợp Hình 2: Xu hướng phát triển Sự phát triển công nghệ nhiều dịch vụ tác động trực tiếp tới phát triển cấu trúc mạng Nghĩa nhu cầu xã hội cần có mạng hệ NGN Giải pháp cốt lõi mạng NGN cơng nghệ Softswich – cơng nghệ chuyển mạch mềm Tài liệu tham khảo [1] https://core.ac.uk/download/pdf/82396531.pdf Won Sang China , Hyun-soo Kima , Young Ju Heoa , Ju Wook Janga,* a Sogang Universiy, 35 Baekbeom–ro, Mapo–gu, Seoul, 121-742, South Korea [2] TS Nguyễn Chiến Trinh, “Công nghệ mạng viễn thông hệ mới”, 2015 10 ...Mục lục I Tổng quan giới thiệu Tìm hiểu mạng IP Khả mạng IP II Hạn chế mạng IP Sự giới hạn kích thước địa Chất lượng dịch vụ QoS ... TCP /IP có khả mở rộng cao Giao thức định tuyến Và thơng qua mạng xác định đường dẫn hiệu II Hạn chế mạng IP Sự giới hạn kích thước địa Do IPv4 dùng 32 bit để đánh địa nên không gian địa IPv4... tán Internet mạng tất mạng sử dụng giao thức IP, tính phân cấp lỏng lẻo, khó khăn việc quản lý Cấu trúc định tuyến khơng hiệu Địa IPv4 có cấu trúc định tuyến vừa phân cấp, vừa không phân cấp Mỗi