đồ án cá nhân tìm hiểu giao thức định tuyến constrained shortest path first cspf

Giới thiệu Mạng máy tính: là một nhóm các máy tính, thiết bị ngoại vi ược kết nối với nhau thông qua các phương tiện truyền dẫn như cáp, sóng iện từ, tia hồng ngoại giúp cho các thiết b

ĐẠI HỌC DUY TÂN TRƯỜNG KHOA HỌC MÁY TÍNH KHOA KỸ THUẬT MMT & TRUYỀN THÔNG

Mục Lục

Chương 1: Tổng quan Mạng Máy Tính 1 Chương 2: Tìm hiểu Giao thức định tuyến Constrained Shortest Path First (CSPF) 2 Chương 3: LAB … 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH 1.1 Giới thiệu

Mạng máy tính: là một nhóm các máy tính, thiết bị ngoại vi ược kết nối vớinhau thông qua các phương tiện truyền dẫn như cáp, sóng iện từ, tia hồng ngoạigiúp cho các thiết bị này có thể trao ổi dữ liệu với nhau

Ví dụ minh họa

Lợi ích khi kết nối mạng :

1 Chia sẻ tài nguyên : Có thể dùng chung các thiết bị phần cứng, phầnmềm và dữ liệu

2 Trao ổi thông tin : Có thể trao ổi thông tin giữa các máy tính qua thưiện tử hoặc phần mềm trò chuyện trực tuyến

3 Tăng ộ tin cậy của hệ thống : Khi có trục trặc trong hệ thống thì cóthể khôi phục nhanh chóng

4 Dễ dàng bảo trì máy móc và lưu trữ (backup) dữ liệu chung

5 Tạo thành hệ thống tính toán lớn

6 Nâng cao chất lượng và hiệu quả khai thác thông tin

7 Thống nhất giữa các dữ liệu

8 Tăng cường năng lực xử lý nhờ kết hợp các bộ phận phân tán

1.2 Phương tiện truyền dẫn

a Phân nhóm thiết bị và quy tắc bấm cáp xoắn ôi – UTP/STP

- Phân nhóm thiết bị ể bấm cáp xoắn ôi – UTP/STP:

1 Nhóm 1: Switch, Hub, Access Point/Router ADSL/BroadbandRouter FTTH (Chỉ xem xét cổng FastEthernet)

2 Nhóm 2: PC (Laptop, Desktop), Router (Ex: Cisco Packet Tracer,Juniper Router

- Quy tắc bấm cáp xoắn ôi:

+ Quy tắc 1: Các thiết bị cùng nhóm thì bấm cáp chéo

+ Quy tắc 2 : Các thiết bị khác nhau thì bấm cáp thẳng

b Các ặc tính của phương tiện truyền dẫn

- Chi phí: Chi phí liên quan ến việc mua, cài ặt và bảo dưỡng phương tiệntruyền dẫn

- Yêu cầu cài ặt: Mỗi loại phương tiện truyền dẫn có những yêu cầu cài ặtriêng

- Băng thông (brandwidth): Được xác ịnh bằng tổng lượng thông tin có thểtruyền dẫn trên ường truyền tại một thời iểm

- Độ suy giảm (attenuation): Độ o sự suy yếu i của tín hiệu khi di chuyểntrên một phương tiện truyền dẫn

- Nhiễu iện từ (Electromagnetic Iterference – EMI): Sự can thiệp của các tínhiệu iện từ có thể làm giảm chất lượng của tín hiệu ược truyền

- Nhiễu xuyên kênh (Crosstalk): Sự can thiệp giữa các kênh truyền thông khitín hiệu từ một kênh gây ra nhiễu trong một kênh khác

1.3 Kiến trúc mạng máy tính

1.3.1 Kiến trúc mạng (Network Architecture)

- Kiến trúc mạng (Network Architecture) bao gồm các thành phần: + Thiết bị mạng: Bao gồm các thiết bị công tắc và ịnh tuyến

+ Dịch vụ mạng: Các loại dịch vụ bao gồm DHCP và DNS

+ Thiết bị khách hàng: Bao gồm các thiết bị của người dùng cuối, máy chủ

và các thiết bị thông minh

+ Phần mềm và giao thức truyền thông: Đây là những thành phần quantrọng giúp các thiết bị có thể truyền tải và trao ổi dữ liệu

+ Cơ sở hạ tầng (dây hoặc không dây): Đây là cấu trúc vật lý giúp kết nốicác thành phần trong mạng

1.3.2 Cấu trúc mạng

- Cấu trúc mạng Topology: Là cấu trúc hình học không gian của mạngthực chất là cách bố trí vị trí vật lý các node và cách thức kết nối chúng lạivới nhau

- Có 2 kiểu nối mạng chủ yếu ó là:

+ Nối kiểu iểm – iểm (point – to – point)

+ Nối kiểu iểm – nhiều iểm (point – to – multipoint hay broadcast)

- Các loại cấu trúc mạng (Topology):

+ Mạng hình sao (Star Topology)

+ Mạng dạng bus (Bus Topology)

+ Mạng dạng lưới (Mesh Topology)

+ Mạng dạng vòng (Ring Topology)

+ Mạng dạng cây (Tree Topology)

+ Mạng dạng vòng kép (Dual Ring Topology)

+ Mạng cấu trúc hỗn hợp (Hypid Topology)

1.3.3 Giao thức mạng

- Giao thức mạng (Network protocol): Là một tập hợp các quy tắc ược thiếtlập nhằm xác ịnh cách dữ liệu ược ịnh dạng truyền tải và nhận giữa các thiết bịtrên các mạng Giao thức mạng giống như một ngôn ngữ chung cho các máy tínhtrong một mạng có thể sử dụng phần mềm và phần cứng rất khác nhau, tuy nhiênviệc sử dụng giao thức cho phép chúng giao tiếp với nhau

1.4 Mô hình OSI

- Mô hình tham chiếu OSI là: một mô hình tham chiếu (có tính chấttham khảo), ược chuẩn hóa bới Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế (ISO) bao gồm 7lớp (layers – lớp hay tầng), ược gọi là Mô hình liên kết các hệ thống mở OSI

(Open System Interconnection) Mỗi lớp trong mô hình OSI có các chức năngcung cấp dịch vụ cho lớp cao hơn và dấu i quá trình xử lý ở các lớp thấp hơn

- Các tầng và chức năng của mỗi tầng trong mô hình OSI:

7 – Application: Giao tiếp người với môi trường mạng

6 – Presentation: Chuyển ổi cú pháp dữ liệu ể áp ứng yêu cầu truyền thôngcủa các ứng dụng

5 – Sesion: Quản lý các cuộc liên lạc giữa các thực thể bằng cách thiết lập,duy trì, ồng bộ hóa và hủy bỏ các phiên truyền thông giữa các ứng dụng

4 – Transport: Vận chuyển thông tin giữa các máy chủ (End to End) Kiểmsoát lỗi và luồng dữ liệu

3 – Network: Thực hiện chọn ường và ảm bảo trao ổi thông tin trong liênmạng với công nghệ chuyển mạch thích hợp

2 – Datalink: Tạo/ gỡ bỉ khung thông tin (Frames), kiểm soát luồng và kiểmsoát lỗi

1 – Physical: Đảm bảo các yêu cầu truyền/nhận các chuỗi bit qua cácphương tiện vật lý

- Đơn vị dữ liệu (Data Unit) của mỗi tầng trong mô hình tham chiếu OSI: + Application: Data

1 Dữ liệu ược sinh ra tầng ứng dụng (Application – Tầng 7) với nhiềudạng khác nhau ược chuyển xuống lớp Presentation – Tầng 6 ể mã hóa và nén dữliệu

2 Tiếp theo, dữ liệu sẽ ược chuyển xuống lớp Session – Tầng 5 ể bổsung các thông tin cần thiết cho phiên làm việc này

3 Khi dữ liệu ược chuyển xuống lớp Transport – Tầng 4 tại lớp này dữliệu sẽ ược chia nhỏ ra từng mảnh

4 Mục ích của việc này là ể tăng tốc ộ phù hợp với môi trường truyềndẫn và giảm thiểu ộ thất thoát dữ liệu Và nó sẽ óng gói các thông tin Transportheader vào các Data Lúc này dữ liệu ược gọi là 1 Segment

5 Dữ liệu tiếp tục ược chuyển xuống tầng Network – Tầng 3, tại lớpnày dữ liệu sẽ ược óng gói các thông tin Network header chứa các thông tin quantrọng, trong ó có ịa chỉ IP nguồn và ích Lúc này dữ liệu ược gọi là 1 Packet

6 Dữ liệu tiếp tục chuyển xuống tầng Data Link – Tầng 2 tại lớp này

dữ liệu sẽ ược óng gói các thông tin Frame header và Frame trailer báo hiệu quátrình óng gói dữ liệu kết thúc Lúc này dữ liệu ược gọi là 1 Frame

7 Cuối cùng Frame ược chuyển xuống tầng vật lý (Physical – Tầng 1)chuyển ổi thành các dạng tín hiệu thích hợp ể truyền i

Sơ ồ mô tả quá trình óng gói và mở gói dữ liệu

1.5 Mạng Internet & Mô hình TCP/IP

1.5.1 Mô hình TCP/IP

Khái niệm: Mô hình TCP/IP (Transmission Control Protocol/InternetProtocol) là tập hợp các giao thức iều khiển truyền nhận/Giao thức liên mạng.Đây là một bộ các giao thức truyền thông ược sử dụng ể kết nối các thiết bị mạngvới nhau trên Internet TCP/IP cũng có thể ược sử dụng như một giao thức truyềnthông trong mạng máy tính riêng (mạng nội bộ) Trong ó, bộ Giao thức Internet –một tập hợp các quy tắc và thủ tục – thường ược gọi là TCP/IP TCP và IP là haigiao thức chính bên cạnh những giao thức khác trong bộ

- Các Layer của mô hình TCP/IP bao gồm:

Tương quan Mô hình OSI và mô hình TCP/IP

- Giao thức của các tầng trong mô hình TCP/IP cụ thể như sau:

+ Tầng ứng dụng (Application): DNS, TFTP, TLS/SSL, FTP, HTTP, IMAP, IRC, NNTP, POP3, SIP, SMTP, SNMP, SSH, TELNET, ECHO, BitTorrent, RTP, PNRP, rlogin, ENRP,…

+ Tầng giao vận (Transport): TCP, UDP, DCCP, SCTP, II, RUDP,… + Tầng mạng (Network): IP (IPv4, IPv6)

+ Tầng liên kết (Network Interface): Ethernet, Wi – Fi, Token ring, PPP,SLIP, FDDI, ATM, Frame Relay, SMDS,…

1.5.2 Địa chỉ IPv4

- Khái niệm ịa chỉ IP: Địa chỉ IP (Internet Protocol) là một chuỗi duy nhấtược gán cho mỗi thiết bị mạng, giúp xác ịnh và ịnh danh mỗi thiết bị trong mạng.Địa chỉ IP ặc biệt quan trọng ể gửi và nhận thông tin

- Địa chỉ IPv4: Địa chỉ IPv4 (Internet Protocol version 4) là phiên bản ầu tiêncủa IP ược sử dụng rộng rãi, có cấu trúc gồm 32 bit và ược biểu diễn thành mộtdãy số nhị phân chia thành 4 cụm Mỗi cụm như vậy gọi là octet Mỗi octet là 8bit và chúng ược ngăn cách bằng dấu chấm (.) Ví dụ một ịa chỉ IPv4:192.168.1.1

- Không gian ịa chỉ IPv4 Private (Địa chỉ thu hồi): không ược phân cho bất

kỳ tổ chức cụ thể nào và bất kỳ ai cũng có thể sử dụng các ịa chỉ này mà không

có sự chấp thuận từ cơ quan ăng ký Internet khu vực Nếu ịa chỉ IP của bạn bắt ầu10.x.x.x, 172.16.x.x ến 172.31.x.x hoặc 192.168.x.x thì ó ịa chỉ IP Private

- Subnet Mask mặc ịnh của các lớp chia ịa chỉ IPv4:

1.5.3 Địa chỉ IPv6

- IPv6 (Internet Protocol version 6): Là một phiên bản của giao thức liênmạng (IP) nhằm mục ích nâng cấp giao thức liên mạng phiên bản 4 (IPv4) hiệnang truyền dẫn cho hầu hết lưu lượng truy cập Internet

- Cấu trúc ịa chỉ IPv6: Gồm 128 bit, ược phân thành 8 nhóm Mỗi nhóm có

16 bit và ược phân chia bởi dấu (:) Một ịa chỉ IPv6 ược biểu diễn theo cấu trúcsau:

FEDC:BA98:768A:0C98:FEBA:CB87:7678:1111:1080:0000:0000:0070:0000:0989:CB45:345F

- Để viết ngắn gọn ịa chỉ IPv6, có hai quy tắc chính:

+ Cho phép bỏ các số 0 nằm trước mỗi nhóm (octet)

+ Thay bằng dấu (::) cho các nhóm liên tiếp nhau có toàn số 0

-Có 3 loại ịa chỉ IPv6 chính là: Unicast, Multicast, Anycast:

+ Địa chỉ Unicast: xác ịnh một giao diện mạng duy nhất

+ Địa chỉ Multicast: xác ịnh một nhóm nhiều giao diện

+ Địa chỉ Anycast: ược gán cho một nhóm các giao diện, thường thuộc cácnút khác nhau

1.6 Mạng cục bộ (LAN)

- Mạng LAN (Local Area Network): là một hệ thống mạng cục bộ chophép các thiết bị như: máy tính, máy in, tivi thông minh, smartphone, máytính bảng, máy scan,… ở gần nhau có thể kết nối,… giao tiếp với nhau ể cùngchia sẻ thông tin, dữ liệu và làm việc

- Đặc trưng cơ bản của mạng LAN:

+ Có băng thông lớn, chạy ược các ứng dụng trực tuyến ược kết nối thôngqua mạng như các cuộc hội thảo, chiếu phim

+ Phạm vi kết nối giới hạn tương ối nhỏ

+ Chi phí thấp và cách thức quản trị mạng ơn giản

+ Các máy tính có thể chia sẻ tài nguyên với nhau

+ Tốc ộ truyền tải cao và khả năng hỗ trợ kết nối ược nhiều thiết bị nhanhchóng

- Các loại thiết bị cơ bản ược sử dụng trong mạng LAN: Moderm nhàmạng, Router, Switch, Thiết bị phát Wi – Fi, Máy chủ, Cáp mạng, Card giaotiếp mạng (NIC – Network Interface Card), Dây cáp mạng (Cable), Bộkhuếch ại (Repeater), Bộ tập trung kết nối (Hub), Cầu nối (Bridge)

- Ưu iểm và nhược iểm của mạng dạng Star:

+ Ưu iểm: Dễ dàng cài ặt và thực hiện i dây Dễ dàng khắc phục sự cố vàphát hiện các sự cố trong mạng Nếu một thiết bị bị lỗi, nó không ảnh hưởng ếncác thiết bị khác trong mạng Bạn có thể dễ dàng thêm bớt thiết bị mà không ảnhhưởng ến phần còn lại của mạng

+ Nhược iểm: Các dữ liệu ược lưu trữ trên các vị trí khác nhau nên rất khóồng bộ và sao lưu dữ liệu, khả năng nhiễm virus rất cao

- Ưu iểm và nhược iểm của mạng dạng Bus:

+ Ưu iểm: Vì có một ường truyền liên lạc duy nhất, có nghĩa là cùng mộtphương tiện ược chia sẻ Do ó, ưu iểm chính của việc sử dụng cấu trúc liên kếtnày là tính ơn giản của nó Dễ dàng cài ặt và mở rộng, ít tốn kém hơn, ít cần i cáphơn

+ Nhược iểm: Việc có một ường truyền dữ liệu duy nhất làm cho dễ xảy raxung ột hơn, ây ược coi là một nhược iểm của việc sử dụng cấu trúc liên kếtmạng này Nếu cáp mạng ơn lẻ gặp sự cố hoặc ngắt kết nối, toàn bộ mạng sẽ bị

ứt Khó xác ịnh lỗi

- Ưu iểm và nhược iểm của mạng dạng Ring:

+ Ưu iểm: Rất nhanh và mạnh, có thể dùng ể chạy các ứng dụng cho phépcác phép toán lớn

+ Nhược iểm: Các dữ liệu ược lưu trữ trên các vị trí khác nhau nên rất khóồng bộ và sao lưu dữ liệu, khả năng nhiễm virus cao

- Phân loại mạng dựa theo mô hình ứng dụng:

+ Mạng hàng ngang (Peer – to – Peer)

+ Mạng khách – chủ (Client – Server)

+ Mạng liên kết nối (mạng theo Web)

- Phân loại mạng dựa theo mô hình quản lý:

+ Mô hình Workgroup

+ Mô hình Domain

- Phân loại mạng dựa theo vị trí ịa lý:

+ Mạng cục bộ - LAN (Local Area Network)

+ Mạng thành phố - MAN (Metropolitan Area Network)

+ Mạng diện rộng – WAN ( Wide Area Network)

+ Mạng toàn cầu – GAN ( Global Area Network)

- Phân loại mạng dựa theo mô hình xử lý:

1.7 Mạng diện rộng (WAN)

- Mạng WAN viết ầy ủ là Wide Area Network, là một mạng giao tiếpgiúp mở rộng các kết nối trên nhiều khu vực ịa lý rộng lớn từ các thành phố,cho tới tiểu bang và các quốc gia Mạng WAN cho phép các máy tính và thiết

bị khác kết nối và trao ổi thông tin với nhau trên khoảng cách lớn Một số ví dụ

về mạng WAN bao gồm Internet, mạng iện thoại di ộng và mạng của các công

ty lớn có nhiều văn phòng hoặc nhà máy ở các ịa iểm khác nhau Mạng WANthường sử dụng các công nghệ như DSL, cáp quang, vệ tinh và 4G/5G ể kết nốicác thiết bị

- Các ặc trưng cơ bản của mạng WAN bao gồm:

+ Bảo mật khá tốt, khả năng truy cập cao

+ Lưu trữ và chia sẻ băng thông một cách nhanh chóng

+ Nhân viên và khách hàng có thể tương tác với nhau nhanh chóng, dễ dàngtrong cùng 1 mạng

+ Khả năng kết nối khoảng cách lớn

+ Băng thông thấp vì vậy kết nối yếu dễ mất kết nối phù hợp với các ứngdụng như E – Mail, Web…

+ Phạm vi hoạt ộng rộng lớn, không giới hạn

+ Chi phí rất cao

+ Quản trị mạng WAN phức tạp hơn

1.8 Một số vấn ề khác

a Phân biệt 3 từ viết tắt: OSI, ISO, IOS:

+ OSI (Open Systems Interconnection): Là mô hình tham chiếu kết nối các

hệ thống mở, ược phát triển bởi ISO và IUT – T Mô hình này giải thích một cáchtrừu tượng kỹ thuật kết nối truyền thông giữa các máy tính và thiết kế giao thứcmạng giữa chúng

+ ISO (International Organization for Standardization): Là ISO, hay Tổ chứcTiêu chuẩn hóa Quốc tế, là một tổ chức phi chính phủ quốc tế ộc lập ược thànhlập vào năm 1947 Mục tiêu của ISO là phát triển và xuất bản các tiêu chuẩnquốc tế Tên viết tắt ISO ược chọn dựa trên từ ‘isos’ trong tiếng Hy Lạp, có nghĩa

là ‘bình ẳng’ ISO có trụ sở tại Genève, Thụy Sĩ và thành viên của nó bao gồmcác cơ quan tiêu chuẩn quốc gia từ 165 quốc gia

+ IOS (Internet Operating System): Là hệ iều hành của các thiết bị mạng củaCisco Nó cung cấp các dịch vụ và chức năng cần thiết ể hoạt ộng và kiểm soátcác thiết bị phần cứng

b Công cụ Ipconfig trên máy tính Windows ược sử dụng ể: Hiển thị các cài ặtmạng hiện tại ược chỉ ịnh và cung cấp bởi một mạng Lệnh này có thể ược sửdụng ể xác minh kết nối mạng và cài ặt mạng của bạn

c Công cụ Tracert trên máy tính Windows ược sử dụng ể: Xác ịnh ường i từnguồn tới ích của một gói Giao thức mạng Internet (IP) Tracert tìm ường tớiích bằng cách gửi các thông báo Echo Request (yêu cầu báo hiệu lại) InternetControl Message Protocol (ICMP) tới từng ích

d Sự giống nhau và khác nhau giữa mô hình OSI và TCP/IP:

- Giống nhau:

+ Cả hai mô hình ều có kiến trúc phân lớp

+ Cả hai mô hình ều có lớp Network và lớp Transport

+ Cả hai mô hình ều sử dụng kỹ thuật chuẩn Packet

-Khác nhau:

+ Mô hình TCP/IP có 4 tầng, trong khi OSI có 7 tầng

+ TCP/IP là một tiêu chuẩn giao thức ịnh hướng, trong khi OSI là một môhình chung dựa trên các chức năng của mỗi lớp

+ TCP/IP ược phát triển dựa trên các iểm hướng tới mô hình Internetm trongkhi OSI thì ngược lại

+ TCP/IP giúp thiết lập kết nối giữa các thiết bị sử dụng với nhau, trong khiOSI giúp chuẩn hóa Router, Switch, Bo mạch chủ và các phần cứng khác +TCP/IP áng tin cậy hơn OSI

e Giao thức ARP và RARP

- Về giao thức ARP (Address Resolution Protocol) và RARP (Reverse AddressResolution Protocol), chúng ều là những giao thức quan trọng trong việc xử lýthông tin ịa chỉ trong mạng