Báo cáo kiến trúc phần mềm mạng

BÁO CÁO KIẾN TRÚC PHẦN MỀM MẠNG. Đề tài Thiết lập hệ thống mạng mô phỏng Internet. Bộ môn Truyền thông và mạng máy tính.1.1Giới thiệu bài toán.Thiết lập môt hệ thống mạng mô phỏng Internet bao gồm:•Thiết kế 3 AS kết nối với nhau trong đó 1 AS đóng vai trò là Tier 1 và 2 AS đóng vai trò là các ISP •Mỗi AS có tối thiểu 3 router sử dụng RIP hoặc OSPF•Mỗi ISP cần phải được kết nối với 1 Home network•Trên mạng Internet mô phỏng này chạy 1 dịch vụ cho phép 2 máy tính tại 2 Home network kết nối dịch vụ với nhau (dịch vụ có thể chọn: VPN, Multicast, QoS).

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG BÁO CÁO KIẾN TRÚC PHẦN MỀM MẠNG Đề tài: Thiết lập hệ thống mạng mô Internet Giảng viên hướng dẫn: Bộ môn: Truyền thông mạng máy tính Nhóm sinh viên thực hiện: Lớp: Hà Nội, tháng năm 2022 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: KHẢO SÁT BÀI TOÁN 1.1 Giới thiệu toán 1.2 Khảo sát toán .3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .4 2.1 Kết nối liên mạng Internet backbone 2.2 Định tuyến mạng internet 2.3 Các giải thuật tìm đường mạng 2.3.1 RIP (Routing Information Protocol) .5 2.3.2 OSPF (Open Shortest Path First) 2.3.3 BGP (Border Gateway Protocol) 2.4 Quality of service (QoS) in IP Network 11 2.4.1 Cách xác đinh QoS 12 2.4.2 Một số ứng dụng yêu cầu QoS .12 2.4.3 Mơ hình Differentiated Services (DiffServ) 13 TÀI LIỆU THAM KHẢO .16 CHƯƠNG 1: KHẢO SÁT BÀI TỐN 1.1 Giới thiệu tốn Thiết lập môt hệ thống mạng mô Internet bao gồm:  Thiết kế AS kết nối với AS đóng vai trị Tier AS đóng vai trị ISP  Mỗi AS có tối thiểu router sử dụng RIP OSPF  Mỗi ISP cần phải kết nối với Home network  Trên mạng Internet mô chạy dịch vụ cho phép máy tính Home network kết nối dịch vụ với (dịch vụ chọn: VPN, Multicast, QoS) 1.2 Khảo sát toán  Sử dụng hệ thống máy ảo (Virtualbox) để triển khai mơ tốn  Sau triển hồn thành mơ tốn, ta nghiên cứu nắm rõ kiến thức liên quan đến cách thức hoạt động mạng Internet  Từ việc mơ hệ thống mạng áp dụng cho hệ thông thực tế để triển khai dịch vụ Multicast CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Kết nối liên mạng Internet backbone Internet mạng “lớn nhất: kết nối tất mạng định tuyến (router) 2.1 Mơ hình kết nối liên mạng  Liên mạng  Là hai hay nhiều mạng máy tính nối với thiết bị Gateway cung cấp mộtphương thức phổ thông để định tuyến gói thơng tin mạng Các thiết bị định tuyến có nhiệm vụ hướng dẫn giao thơng liệu theo đường qua liên mạng để tới đích  Đơn vị nhỏ hệ thống kết nối liên mạng inter-networking mạng LAN bao gồm cáctrạm kết nối (máy chủ, máy tính, thiết bị IoT, ) router đóng vai trị cửa ngõ (gateway)của mạng LAN bên Kết nối liên mạng phân cấp thực tế chuyển thành liên mạng phẳng(flat): gói tin IP chuyển tiếp (store and forward) router để từ mạng gửiđến mạng nhận Mơ hình liên mạng giúp giải tốn chuyển gói tin IP mạng từđiểm cuối đến điểm cuối (end-to-end connection)  Internet backbone (đường trục internet)  Giao thức IP cho phép đồng ( mặt lý thuyết ) việc truyền gói tin mạng nội , mạng diện rộng mạng Internet  Internet = mạng , tải lưu lượng kênh truyền khác  xác định tuyến liệu mạng máy tínhlớn, kết nối chiến lược định tuyến lõi Internet  Mỗi tổ chức có thiết kế hệ thống mạng riêng với hệ thống mạng backbone riêng  Có thể coi tổ chức số đường truyền đặc biệt để đảm bảo đáp ứng nhu cầu lưu lượng 2.2 Định tuyến mạng internet 2.2.1 Static routing  Các đường định tuyến (giữa mạng nghiệp vụ) xác định sẵn (theo quy hoạch mạngtổng thể AS) nhân viên quản trị mạng cấu hình sẵn bảng routing  Định tuyến tĩnh sử dụng trường hợp sau:  Xác định điểm thoát khỏi định tuyến khơng có tuyến khác cầnthiết Đây gọi tuyến đường mặc định.-Sử dụng cho mạng nhỏ yêu cầu hai tuyến Điều thường hiệuquả liên kết khơng bị lãng phí trao đổi thơng tin định tuyến động  Sử dụng phần bổ sung cho định tuyến động để cung cấp lưu dựphịng khơng có tuyến động  Chuyển thơng tin định tuyến từ giao thức định tuyến sang giao thức định tuyếnkhác (phân phối lại định tuyến) 2.2.2 Dynamic routing  Các thuật toán cài đặt router cho phép chúng liên lạc với để tự động phát triểnvà trì thơng tin đường định tuyến  Dynamic routing áp dụng bên AS AS (tuy nhiên cần ývấn đề bảo mật)  Các giao thức sử dụng để định tuyến động là:  Routing Information Protocol (RIP): giao thức định tuyến theo vectơ khoảngcách ngăn chặn vòng lặp định tuyến cách thực giới hạn số bướcnhảy phép đường dẫn từ nguồn đến đích  Open Shortest Path First (OSPF) sử dụng thuật toán định tuyến trạng thái liên kết(LSR) nằm nhóm giao thức cổng nội (IGP)  Intermediate System to Intermediate System (IS-IS): xác định tuyến đường tốtnhất cho liệu thông qua mạng chuyển mạch gói  Interior Gateway Routing Protocol (IGRP EIGRP) định tuyến sửdụng để trao đổi liệu định tuyến hệ thống tự trị 2.3 Các giải thuật tìm đường mạng 2.3.1 RIP (Routing Information Protocol) a Tổng quan  Là giao thức hỗ trợ định tuyến động , router giao tiếp với giao thức để xây dựng bảng routing  Phương pháp vector khoảng cách (distance vector): số đo khoảng cách từ vị trí đến điểm đến (mạng đích) - số router trung gian đường truyền (giống khái niệm số đo TTL gói IP)  Router sử dụng cột Metric bảng routing để thực khoảng cách đê từ đến mạng đích tương ứng  Khoảng cách ngắn → đường nhanh (tương đối) 2.3.1.a Ví dụ bảng routing  Giải thuật routing: tìm thấy nhiều đường → chọn đường ngắn (giá trị Metic bé nhất)  Router cài đặt giao thức RIP để tự xây dựng trì (cập nhật) bảng routing với thơng số Metric  Các router trao đổi thông tin theo kiểu lan truyền, router kết nói với router láng giềng(neighbor) - router kết nối trực tiếp với đường truyền mạng b Hoạt động  RIP hoạt động tầng UDP với cổng 520  RIPv1 hỗ trợ classfull IP address, RIPv2 hỗ trợ classless trường subnet mask 2.3.1.b Sơ đồ cách thức hoạt động bảng routing  Sử dụng Router Discovery Protocol để xác định router láng giềng gửi RIP request yêu cầu cập nhật bảng routing (thực tế broadcast bỏ qua bước Router Discovery)  Router nhận yêu cầu trả lời RIP Response message với nội dung toàn bảng routing (thơng qua Router Table Entries RTEs)  Xử lý nhận RIP response  Trích xuất RTE, so sánh với RTE có bảng routing  Nếu có (trùng network vfa gateway), so sánh Metric để loại dịng có  Metric cao Nếu chưa có, thêm dịng routing  Thiết lập gateway dòng router láng giềng gửi RTE  Thiết lập giá trị Metric dòng = Metric (RTE) +  Q trình lan tỏa bảng routing thơng qua RIP message đến điểm hội tụ (convergence) mà tất routing mạng nghiệp vụ cập nhật vào bảng routing tất router → hoàn thành  Nhược điểm lớn Rip hầu hết hệ thống, routing sử dụng đường ngắn theo số lượng router, thực tế đường truyền router khác dẫn đến việc qua router đường truyền chậm 2.3.2 OSPF (Open Shortest Path First) a Tổng quan 2.3.2.a Mơ hình hố mạng thành đồ thị OSPF  OSPF mơ hình hố mạng thành dồ thị, đồ thị có cacs đỉnh router, đỉnh mạng nghiệp vụ, cạnh đồ thị kết nối router, trọng số cạnh trạng thái đường truyền, trạng thái đường truyền dựa bang thông đường truyền  Dựa trạng thái đường truyền (link state) thay khoảng cách RIP → khắc phụcnhược điểm đường ngắn băng thông hẹp  Tương tự RIP dựa kết nối láng giềng không lan truyền bảng routing mà lantruyền toàn topo mạng → router lưu giữ topo mang đầy đủ dạng đồ thị (đỉnh đồ thị router mạng nghiệp vụ, cạnh kết nối mạng router)  Cost cạnh đồ thị thể trạng thái kết nối mạng (network interface) router  Mỗi router OSPF sử dụng thuật toán SPF (Shortest Path First – Dijkstra) để tính tốn đường có tổng cost ngắn đến mạng đích  Các router giữ đồ topo giống → đường có tổng cost ngắn khơng tạo loop routing b Hoạt động chung 2.3.2.b Luồng hoạt động OSPF  Khi router kết nối mạng, chạy “hello protocol” để thiết lập quan hệ láng giềng  Gửi tin Hello đến router láng giềng yêu cầu cung cấp thông tin  Nhận tin Hello thiết lập danh sách láng giềng (neighbor)  Khi có thay đổi mạng (làm topo mạng thay đổi link state thay đổi) → routergửi thông tin trạng thái liên kết (link state) cho láng giềng ghi LSA (LinkState Advertisement)  LSA tiếp tục lan truyền (flooding propagation) toàn vùng mạng để thống nhấtmọi router cập nhật trạng thái liên kết vào đồ thị topo mạng mà lưugiữ (dưới dạng sở liệu trạng thái liên kết–Link State Database)  Các router láng giềng thường xuyên đồng LS Database cách gửi cácbản tin Database description, tin chứa tập LSA  Router chủ động yêu cầu cập nhật LS Database cách gửi LSA request cho láng giềng  Sau cập nhật LS Database, giải thuật Dijkstra SPF chạy để tính tốn đường cócost nhỏ đến tất mạng hệ thống & cập nhật vào bảng routing 2.3.3 BGP (Border Gateway Protocol) a Tổng quan  Border Gateway Protocol: routing protocol AS  Là “chất keo” kết dính tồn hệ thống Internet  Ra đời năm 1994, phiên version chuẩn hoá năm 2006 (RFC4271)  Hỗ trợ CIDR  Định tuyến theo policy, theo đường ngắn  “Đơn vị” routing Autonomous System – tìm đường theo kết nối AS  Kết hợp với IGP (RIP, OSPF, v.v ) AS để tạo nên giải pháp dynamic routinghoàn chỉnh toàn hệ thống Internet b Tier Networks & BGP 2.3.3.b Mơ hình tổng quát Tier  Tier Networks = cấu trúc lõi Internet, gồm backbone router mạnh, kết nối nhaubằng đường truyền tốc độ cao phủ sóng tồn cầu  Định nghĩa (theo Wikipedia): mạng IP mà kết nối với tất mạng kháctrên Internet  Mỗi Tier Network thường đăng ký AS vận hành cơng ty kết nối mạng, có tiềm lực tài mạnh  Khơng có admin người kiểm sốt cấu hình kết nối router hệ thống lớn phức tạp → BGP đảm nhiệm chức kết nối router cácmạng Tier này, kết hợp với IGP (RIP, OSPF, …) vận hành bên Tier  Business với Internet Traffic  Liên kết Tier khác(peering) để mở rộng vùng phủ song  Liên kết peering mức Tier dựa Peering Policy Dafault-free  Kết nối xuống Tier2 để “bán buôn” traffic Tier tiếp tục kết nối xuống Tier (thường ISP) – down link/up link  ISP cuối bán đường truyền kết nối Internet cho end-user  BGP:  Kết nối tier network (AS)  Kết hợp với IGP (RIP, OSPF, v.v ) để xây dựng bảng routing đầy đủ cho Internet c Hoạt động chung  Dựa hoạt động láng giềng Có loại láng giềng BGP: eBGP iBGP  Giữa AS: BGP router gửi message trực tiếp cho → eBGP  Bên AS: BGP router gửi message dựa IGP → iBGP  BGP láng giềng khai báo (cấu hình) khơng qua thủ tục tìm kiếm CácBGP bên AS khai báo láng giềng  BGP speaker propagation process  Sử dụng kênh TCP (cổng 179) để kết nối láng giềng  Loan báo (speak) BGP packet đến láng giềng cung cấp khả kết nối(reachability) đến network “export”, đồng thời xây dựng AS path để về“exported network”  BGP hoạt động giống RIP khâu quảng bá network prefix xây dựng đườngrouting gốc, nhiên mục đích loan báo tồn (khác với mục đích củaRIP hội tụ đường có distance vector nhỏ nhất)  Quyết định lựa chọn AS-Path theo policy 2.3.3.c Đường từ A→B dựa theo policy  Không thiết đường ngắn  BGP cho phép xác định nhiều AS-Path để router từ A đến B  Chọn AS-Path mạng Tier áp dụng policy riêng 2.4 Quality of service (QoS) in IP Network 2.4.1 Cách xác đinh QoS 2.4.1 Các thông số dùng để đánh giá QoS  Có phép đo dùng để xác định QoS  Dropped packets: Phần trăm mát gói tin di chuyển từ điểm đầu đến điểm cuối  Jitter:  Độ sai lệch thời gian gói tin gửi đường truyền gửi từ điểmA →B  Độ sai lệch nhiều, xử lý ứng dụng khó  Latency: Độ trễ  Là thời gian để tín hiệu di chuyển qua đơn vị thử nghiệm  Độ trễ phải thiết kế network từ đầu không thay đổi sau 2.4.2 Một số ứng dụng yêu cầu QoS  Các ứng dụng truyền phát đa phương tiện yêu cầu phải đảm bảo thông lượng  Các ứng dụng điện thoại IP yêu cầu hạn chế độ trễ độ sai lệch  Các ứng dụng mô liên kết chuyên dụng yêu cầu đảm bảo thông lượng áp đặtgiới hạn độ trễ tối đa  Các ứng dụng đề cao an toàn, chẳng hạn phẫu thuật từ xa u cầu đảm bảo tính sẵnsàng 2.4.3 Mơ hình Differentiated Services (DiffServ) a QoS gói tin IP: Type of Service 2.4.3.a TOS gói tin IP  Các gói tin IP có trường Type of Service (còn gọi byte TOS)  Ý tưởng ban đầu TOS ta định mức độ ưu tiên (priority) yêu cầu mộttuyến đường cho thông lượng cao, độ trễ thấp dịch vụ đáng tin cậy cao→ Router phải thay đổi để sử dụng TOS  Mục đích DiffServ: dùng TOS để phân loại gói tin b Định dạng ToS Byte (RFC2474 (1998))  DS CodePoint (DSCP) : affect the PHB (Per Hop Behavior)  Tương tự Precedence dùng TOS byte  Mỗi class định đệm băng thông  Ưu tiên hàng đầu: class #2 phải bị loại bỏ, định tuyến bắt đầu loại bỏ AF23 trước đến AF22 AF21 c Per Hop Behavior (PHB): Xử lý DiffServ router 2.4.3.c Sử dụng DiffServ xử lý gói tin router  Mặc định  Các gói tin đưa vào hàng đợi giải thuật Best Effort (BE)  DS code: 000000  Nếu áp dụng giải thuật khác, gói tin đưa vào hàng đợi tương ứng d DiffServ Networking 2.4.3.d Triển khai DiffServ internetĐược xây dựng thông qua khái niệm domain  Sự khác edge routers core routers  Edge routers: Thực tổng hợp định hình lập sách, đánh dấu cácgói với số lượng bit nhỏ; mã hóa bit đại diện cho lớp  Core routers: Thực xử lý gói tin dựa việc đánh dấu gói  Ingress routers  Định hình tuyến đường, lập sách  Đặt DS codepoint bên DiffServ  Core routers  Triển khai PHB  Xử lý gói tin dựa DSCP ... (gateway)của mạng LAN bên Kết nối liên mạng phân cấp thực tế chuyển thành liên mạng phẳng(flat): gói tin IP chuyển tiếp (store and forward) router để từ mạng gửiđến mạng nhận Mơ hình liên mạng giúp... nối liên mạng Internet backbone Internet mạng “lớn nhất: kết nối tất mạng định tuyến (router) 2.1 Mơ hình kết nối liên mạng  Liên mạng  Là hai hay nhiều mạng máy tính nối với thiết bị Gateway... tuyến gói thơng tin mạng Các thiết bị định tuyến có nhiệm vụ hướng dẫn giao thông liệu theo đường qua liên mạng để tới đích  Đơn vị nhỏ hệ thống kết nối liên mạng inter-networking mạng LAN bao gồm