Chapter 4 Tầng Mạng (Network layer)

Chương Tầng Mạng (Network layer) A note on the use of these ppt slides: We’re making these slides freely available to all (faculty, students, readers) They’re in PowerPoint form so you see the animations; and can add, modify, and delete slides (including this one) and slide content to suit your needs They obviously represent a lot of work on our part In return for use, we only ask the following:  If you use these slides (e.g., in a class) that you mention their source (after all, we’d like people to use our book!)  If you post any slides on a www site, that you note that they are adapted from (or perhaps identical to) our slides, and note our copyright of this material Computer Networking: A Top Down Approach 6th edition Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley March 2012 Thanks and enjoy! JFK/KWR All material copyright 1996-2012 J.F Kurose and K.W Ross, All Rights Reserved Tầng Network 4-1 Chương 4: tầng Mạng Mục tiêu:  Hiểu nguyên lý tảng dịnh vụ tầng Mạng:       Các mơ hình dịch vụ tầng Mạng Forwarding so với routing Cách mà router hoạt động Routing (chọn đường) Broadcast, multicast Hiện thực Internet Tầng Network 4-2 Chương 4: Nội dung 4.1 Giới thiệu 4.2 Virtual circuit network (Mạng mạch ảo) datagram network (Mạng chuyển gói) 4.3 Cấu trúc bên router 4.4 IP: Internet Protocol     Định dạng datagram IPv4 addressing ICMP IPv6 4.5 Các thuật toán routing  Link state  Distance vector  Hierarchical routing 4.6 Routing Internet  RIP  OSPF  BGP 4.7 Broadcast multicast routing Tầng Network 4-3 Tầng Mạng      Segment tầng Vận chuyển từ host gửi đến host nhận Bên gửi: đóng gói (encapsulate) segment vào datagram Bên nhận: chuyển segment lên tầng Vận chuyển Các giao thức tầng Mạng hoạt động host, router Router xem xét trường header tất gói IP datagram qua application transport network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical application transport network data link physical Tầng Network 4-4 Hai chức tầng Mạng   Forwarding: chuyển gói tin (packet) từ đầu vào đến đầu thích hợp router Routing: xác định đường cho gói từ nguồn đến đích  Các thuật toán định tuyến Tương tự:  Routing: tiến trình lặp kế hoạch cho chuyến packet từ nguồn tới đích  Forwarding: tiến trình vận chuyển qua điểm trung chuyển Tầng Network 4-5 Tác động qua lại routing forwarding Thuật toán routing xác định đường gói đầu cuối thơng qua mạng Thuật toán routing local forwarding table header value output link 0100 0101 0111 1001 Bảng forwarding xác định việc chuyển gói bên router 2 Giá trị header packet đến 0111 Tầng Network 4-6 Thiết lập kết nối  Chức quan trọng thứ số kiến trúc mạng:  ATM, frame relay, X.25  Trước chuyển datagram đi, thiết bị đầu cuối router trung gian (intervening routers) thiết lập kết nối ảo (virtual connection)  Các router tham gia  So sánh dịch vụ kết nối lớp Mạng lớp Vận chuyển :  Tầng Mạng: hosts (cũng bao gồm router trung gian trường hợp kết nối ảo)  Tầng Vận chuyển: tiến trình Tầng Network 4-7 Mơ hình dịch vụ Mạng Hỏi: mơ hình dịch vụ cho việc tạo “kênh” truyền datagram từ bên gửi đến bên nhận? Ví dụ dịch vụ cho Ví dụ dịch vụ cho luồng datagram: datagram riêng biệt:  Giao nhận datagram theo   Giao nhận bảo đảm Giao nhận bảo đảm với độ trễ < 40ms   thứ tự Băng thông bảo đảm tối thiểu cho luồng Hạn chế thay đổi khoảng trống gói tin Tầng Network 4-8 Các mơ hình dịch vụ tầng Mạng: Kiến trúc Network Mơ hình dịch vụ Internet ATM Cố gắng tối đa CBR ATM VBR ATM ABR ATM UBR Bảo đảm? Phản hồi tắc nghẽn Băng thông Mất Thứ Định mát tự thời gian không không không không không (phát thông qua mát) tốc độ có khơng đổi tốc độ có có bảo đảm bảo đảm khơng tối thiểu khơng khơng có có có có có khơng khơng tắc nghẽn khơng tắc nghẽn có có khơng khơng Tầng Network 4-9 Chương 4: Nội dung 4.1 Giới thiệu 4.2 Virtual circuit network (Mạng mạch ảo) datagram network (Mạng chuyển gói) 4.3 Cấu trúc bên router 4.4 IP: Internet Protocol     Định dạng datagram IPv4 addressing ICMP IPv6 4.5 Các thuật toán routing  Link state  Distance vector  Hierarchical routing 4.6 Routing Internet  RIP  OSPF  BGP 4.7 Broadcast multicast routing Tầng Network 4-10 Reverse path forwarding Dựa vào thông tin router đường ngắn gửi unicast từ đến nơi gửi  Mỗi router có cách xử lý forwarding đơn giản:  if (datagram multicast nhận đường kết nối đến (incoming link) nằm đường ngắn nối từ trung tâm) then gửi datagram tới tất kết nối (outgoing link) else bỏ qua datagram Tầng Network 4-142 Reverse path forwarding: ví dụ s: nguồn Kí hiệu R1 R4 router với thành viên nhóm gắn vào R2 R5 datagram forward R3 R6  router khơng có thành viên nhóm gắn vào R7 datagram khơng forward Kết SPT đảo ngược tùy theo nguồn  Có thể lựa chọn không tốt với Tầng Network 4-143 kết nối không đồng Reverse path forwarding: xén (pruning)  Cây chuyển tiếp (forwarding tree) chứa khơng có thành viên nhóm multicast  Khơng cần forward datagram xuống  Các thông điệp “xén” router khơng có thành viên nhóm gửi lên s: nguồn Ký hiệu R1 R4 R2 router với thành viên nhóm gắn vào P R5 R3 P R6 R7 router khơng có thành viên nhóm gắn vào P thơng điệp xén kết nối với multicast forward Tầng Network 4-144 Cây chia sẻ (Shared-tree): steiner     Cây steiner : có chi phí thấp kết nối đến tất router có nối thành viên nhóm Vấn đề NP-complete (vấn đề phức tạp tốn học đồ thị) Hiện có thuật giải tốt Không sử dụng thực tế:  Độ phức tạp tính tốn cao  Cần thơng tin về toàn mạng  monolithic: phải chạy lại router cần gia nhập/rời khỏi Tầng Network 4-145 Cây dựa vào trung tâm (Center-based trees)    Một dùng chung cho tất Một router xác định “trung tâm” Để gia nhập:  router biên (edge ) gửi thông điệp gia nhập (unicast join-msg) đến router trung tâm  Thông điệp gia nhập (join-msg) “được xử lý” router trung gian chuyển đến router trung tâm  Thông điệp gia nhập, đến nhánh trung tâm này, đến trung tâm  Đường thông điệp gia nhập trở thành nhánh nối router tham gia Tầng Network 4-146 Cây dựa vào trung tâm: ví dụ Giả sử R6 chọn trung tâm: LEGEND R1 R2 router có thành viên nhóm nối vào R4 router khơng có thành viên nhóm nối vào R5 R3 R6 thứ tự đường mà thông điệp gia nhập tạo R7 Tầng Network 4-147 Internet Multicasting Routing: DVMRP   DVMRP: distance vector multicast routing protocol, RFC1075 flood prune: chuyển gói theo đường ngược (reverse path forwarding), dựa vào nguồn (source-based tree)  Cây RPF xây dựng dựa việc trao đổi bảng định tuyến DVMRP router hỗ trợ DVMRP  Khơng có giả định cách truyền unicast bên  Datagram gửi đến nhóm multicast gửi tới nơi (flood ) thông qua RPF  Các router không cần làm việc nhóm: gửi thơng điệp cắt xén (prune) lên Tầng Network 4-148 DVMRP: tiếp tục…  Trạng thái mềm: router DVMRP theo chu kỳ (1 phút) “quên” nhánh bị cắt xén:  Dữ liệu mcast lần đổ xuống nhánh không cắt xén  Router phía dưới: cắt xén lần tiếp tục nhận liệu  Các router nhanh chóng ghép lại vào  Gia nhập IGMP  Còn lại  Thường thực router thương mại Tầng Network 4-149 Tunneling Q: làm cách để kết nối “đảo” router muticast “biển” router unicast? Cấu trúc vật lý    Cấu trúc logic datagram multicast đóng gói datagram “thơng thường” (khơng có multicast) datagram IP thơng thường gửi thơng qua “đường hầm” (“tunnel”) gói IP unicast đến router muticast nhận (xem lại IPv6 bên đường hầm IPv4) router mcast nhận mở gói để lấy datagram multicast Tầng Network 4-150 PIM: Protocol Independent Multicast  Khơng phụ thuộc vào thuật tốn định tuyến unicast bên (underlying unicast routing algorithm) (làm việc với tất cả)  ngữ cảnh phân phối multicast khác nhau: Dầy đặc:   Các thành viên nhóm đóng gói dày đặc, khoảng cách “gần” Băng thông dư thừa Thưa thớt:    Số lượng mạng với thành viên nhóm Các thành viên nhóm ”được phân bố thưa thớt” Băng thơng khơng dư thừa Tầng Network 4-151 Kết phân chia thưa thớt-dày đặc: Dày đặc    Giả định router thành viên nhóm router không liên quan tư xén tách khỏi nhóm Kiến trúc hướng liệu (data-driven construction) mcast (ví dụ RPF) Băng thơng routerkhơng-thuộc-nhóm xử lý phung phí Thưa thớt:    Khơng có thành viên router thực gia nhập Kiến trúc hướng người nhận (receiver-driven construction) mcast (ví dụ dựa vào trung tâm) Băng thơng routerkhơng-thuộc-nhóm xử lý vừa phải Tầng Network 4-152 PIM - trạng thái dày đặc flood-and-prune RPF: tương tự DVMRP nhưng…  Giao thức bên cung cấp thông tin RPF cho datagram đến  Đẩy gói (flood) xuống phức tạp (ít hiệu quả) so với DVMRP giảm độ tin cậy thuật toán định tuyến  Có chế giao thức cho router tự phát có phải router node (leafnode) Tầng Network 4-153 PIM – trạng thái thưa thớt    Tiếp cận hướng trung tâm (center-based) Router gởi thông điệp gia nhập (join msg) đến điểm tập hợp (rendezvous point-RP)  Các router trung gian cập nhật trạng thái chuyển tiếp thông điệp gia nhập Sau gia nhập thơng qua RP, router chuyển sang với nguồn cụ thể (source-specific tree)  Hiệu xuất tăng: tập trung, đường ngắn R1 join R2 R3 R4 join R5 join R6 Tất liệu multicast đến từ rendezvous point R7 rendezvous point Tầng Network 4-154 PIM – trạng thái thưa thớt (Các) Bên gửi:    Dữ liệu unicast đến RP, RP phân phối xuống có nút gốc RP RP mở rộng multicast ngược dịng R3 lên đến nguồn RP gởi thơng điệp dừng (stop msg) không nối tới bên nhận  “khơng có lắng nghe!” R1 R4 join R2 join R5 join R6 Tất liệu multicast đến từ rendezvous point R7 rendezvous point Tầng Network 4-155 Chương 4: Hoàn thành! 4.1 Giới thiệu 4.2 Mạng mạch ảo mạng chuyển gói (virtual circuit and datagram networks) 4.3 Bên router 4.4 IP: Internet Protocol  Datagram định dạng, định địa IPv4, ICMP, IPv6   4.5 Các thuật toán định tuyến  Link state, distance vector, định tuyến phân cấp 4.6 Định tuyến Internet  RIP, OSPF, BGP 4.7 Broadcast and multicast routing Hiểu nguyên tắc đằng sau dịch vụ tầng Mạng:  Các mơ hình dịch vụ tầng Mạng, so sánh cách mà router chuyển gói tin định tuyến, broadcast, multicast Triển khai thực tế Internet Tầng Network 4-156 ... fragflag =1 040 =x =0 offset =370 Tầng Network 4- 36 Chương 4: Nội dung 4. 1 Giới thiệu 4. 2 Virtual circuit network (Mạng mạch ảo) datagram network (Mạng chuyển gói) 4. 3 Cấu trúc bên router 4. 4 IP: Internet... (t= 54, l =4) Server Identifier = 192.168.1.1 Option: (t=1,l =4) Subnet Mask = 255.255.255.0 Option: (t=3,l =4) Router = 192.168.1.1 Option: (6) Domain Name Server Length: 12; Value: 44 5 747 E 244 5 749 F 244 5 740 92;... chặn HOL blocking Tầng Network 4- 31 Chương 4: Nội dung 4. 1 Giới thiệu 4. 2 Virtual circuit network (Mạng mạch ảo) datagram network (Mạng chuyển gói) 4. 3 Cấu trúc bên router 4. 4 IP: Internet Protocol