NGUYÊN CỨU VỀ ĐỀ TÀI “CHUYỂN MẠCH IP”_CHƯƠNG 2_1 pps

NGUYÊN CỨU VỀ ĐỀ TÀI “CHUYỂN MẠCH IP” CHƯƠNG 2: ĐÁNH ĐỊA CHỈ VÀ ĐỊNH TUYẾN IP 2.1 Mô hình chồng giao thức TCP/IP TCP/IP là một bộ giao thức mở được xây dựng cho mạng Internet mà tiền thân của nó là mạng ARPnet của bộ quốc phòng Mỹ. Do đây là một giao thức mở, nên nó cho phép bất kỳ một đầu cuối nào sử dụng bộ giao thức này đều có thể được kết nối vào mạng Internet. Chính điều này đã tạo nên sự bùng nổ của Internet toàn cầu trong thời gian gần đây. Trong bộ giao thức này, hai giao thức được sử dụng chủ yếu đó là giao thức truyền tải tin cậy TCP (Transmission Control Protocol) và IP (Internet Procol). Chúng cùng làm việc với nhau để cung cấp phương tiện truyền thông liên mạng. Điểm khác nhau cơ bản của TCP/IP so với OSI đó là tầng liên mạng sử dụng giao thức không kết nối (connectionless) IP, tạo thành hạt nhân hoạt động của mạng Internet. Cùng với các giao thức định tuyến như RIP, OSPF, BGP,… tầng liên mạng IP cho phép kết nối một cách mềm dẻo và linh hoạt các loại mạng vật lý khác nhau như: Ethernet, Token Ring, X25… Data Link Physical Session Transport Network Application Presentation Application SMTP FTP TELNET DNS TCP UDP ICMP IGMP ARP RARP IP Data link OSI TCP/IP Hình 2.1: Mô hình TCP/IP và mô hình OSI TCP/IP có kiến trúc phân lớp, gồm 4 lớp chức năng sau: 1) Lớp liên kết dữ liệu (DataLink Layer): Định nghĩa các hàm, thủ tục, phương tiện truyền dẫn đảm bảo sự truyền dẫn an toàn các khung thông tin trên bất kỳ một phương tiện truyền dẫn nào như Ethernet, ATM, token-ring, frame-relay,… 2) Lớp giao thức Internet(Internet Protocol): Chuyển tiếp các gói tin từ nguồn tới đích. Mỗi gói tin chứa địa chỉ đích và IP sử dụng thông tin này để truyền gói tin tới đích của nó. Giao thức IP được chạy trên tất cả các máy chủ (Host) cũng như trong tất cả các thiết bị định tuyến (Router). Lớp IP là lớp kết nối phi hướng nghĩa là mạng không cần thiết lập bất kỳ một đường dẫn nào đến đích trước khi gói tin được truyền qua mạng đến đích do vậy, mỗi gói đến đích với mỗi đường tối ưu khác nhau và IP không đảm bảo thứ tự đến đích của các gói tin. Mạng Internet hoạt động trên bất kỳ phương tiện truyền tải nào (nhờ có lớp DataLink) và có thể có rất nhiều ứng dụng trên lớp IP nhưng chỉ có một lớp IP với giao thức IP duy nhất là điểm hội tụ của TCP/IP cho phép nó hoạt động một cách linh hoạt và mềm dẻo trên mạng máy tính cực lớn. Hiện nay có hai phiên bản của IP là IPv4 và IPv6 (IPng). IPv4 là phiên bản đang sử dụng thống nhất hiện nay nhưng do nhu cầu phát triển của mạng và công nghệ truyền thông trong tương lai gần sẽ phải sử dụng phiên bản IPv6. 3) Lớp TCP/UDP: Lớp này chạy trên đỉnh của lớp IP và bao gồm hai giao thức là TCP và UDP. TCP là một kiểu phương thức hướng kết nối cho phép cung cấp các dịch vụ tin cậy còn UDP sử dụng phương thức hướng không kết nối cung cấp các dịch vụ kém tin cậy hơn. TCP/UDP chỉ được chạy trên hệ thống máy chủ và được sử dụng bởi mọi dịch vụ lớp ứng dụng. 4) Lớp ứng dụng (Application Layer): Là giao diện giữa người dùng và mạng Internet, lớp ứng dụng sử dụng các dịch vụ lớp TCP/IP. Các ứng dụng rất đa dạng, phong phú và ngày càng nhiều như Telnet, FTP, HTTP, SMTP,… 2.2 Đánh địa chỉ IP Địa chỉ IP là địa chỉ lớp mạng, được sử dụng để định danh các máy trạm (HOST) trong liên mạng. Địa chỉ IP có độ dài 32 bít đối với IPv4 và 128 bít với IPv6. Nó có thể được biểu thị dưới dạng thập phân, bát phân, thập lục phân và nhị phân. Có hai cách cấp phát địa chỉ IP phụ thuộc vào cách thức ta kết nối mạng. Nếu mạng của ta kết nối vào mạng Internet, địa chỉ mạng được xác nhận bởi NIC (Network Information Center). Nếu mạng của ta không kết nối với Internet, người quản trị mạng sẽ cấp phát địa chỉ IP cho mạng này. Về cơ bản, khuôn dạng địa chỉ IP gồm hai phần: Network Number và Host Number như hình vẽ: Trong đó, phần Network Number là địa chỉ mạng còn Host Number là địa chỉ các máy trạm làm việc trong mạng đó. Do việc tăng các WW theo hàm mũ trong những năm gần đây vì số lượng WW mở ra rất nhiều, nên với địa chỉ IP là 32 bít là rất ít do vậy để mở rộng khả năng đánh điạ chỉ cho mạng IP và vì nhu cầu sử dụng có rất nhiều quy mô mạng khác nhau, nên người ta chia các điạ chỉ IP thành 5 lớp ký hiệu là A, B, C, D và E có cấu trúc như sau: Network number Host number 0 16 31 NetID SubnetID HostID Líp A 0 7 8 15 16 31 NetID 0 15 SubnetID HostID 23 24 16 Líp B NetID 0 23 SubnetID HostID 3 26 27 31 31 Líp C NetID HostID 0 26 31 NetID Líp D Líp E Hình 2.2: Các ki ể u đ ị a ch ỉ IP Lớp A (/8): Được xác định bằng bít đầu tiên trong byte thứ nhất là 0 và dùng các bít còn lại của byte này để định danh mạng. Do đó, nó cho phép định danh tới 126 mạng, với 16 triệu máy trạm trong mỗi mạng. Lớp B (/16): Được xác định bằng hai bít đầu tiên nhận giá trị 10, và sử dụng byte thứ nhất và thứ hai cho định danh mạng. Nó cho phép định danh 16.384 mạng với tối đa 65.535 máy trạm trên mỗi mạng. Lớp C (/24): Được xác định bằng ba bít đầu tiên là 110 và dùng ba byte đầu để định danh mạng. Nó cho phép định danh tới 2.097.150 mạng với tối đa 254 máy trạm trong mỗi máy trạm trong mỗi mạng. Do đó, nó được sử dụng trong các mạng có quy mô nhỏ. Lớp D: Được xác định bằng bốn bít đầu tiên là 1110, nó được dùng để gửi các IP datagram tới một nhóm các host trên một mạng. Tất cả các số lớn hơn 233 trong trường đầu là thuộc nhóm D. Lớp E: Được xác định bằng năm bít đầu tiên là 11110, được dự phòng cho tương lai. Với phương thức đánh địa chỉ IP như trên, số lượng mạng và số máy tối đa trong mỗi lớp mạng là cố định. Do đó, sẽ nảy sinh vấn đề đó là có các địa chỉ không được sử dụng trong mạng của một doanh nghiệp, trong khi một doanh nghiệp khác lại không có địa chỉ mạng để dùng. Do đó để tiết kiệm địa chỉ mạng, trong nhiều trường hợp một mạng có thể được chia thành nhiều mạng con (subnet). Khi đó, có thể đưa thêm các vùng subnetid để định danh cho các mạng con. Vùng subnetid này được lấy từ vùng hostid của các lớp A, B và C. 2.3 Định tuyến IP Định tuyến trên Internet được thực hiện dựa trên các bảng định tuyến (Routing table) được lưu tại các trạm (Host) hay trên các thiết bị định tuyến (Router). Thông tin trong các bảng định tuyến được cập nhật tự động hoặc do người dùng cập nhật. Các phạm trù dùng trong định tuyến là: - Tính có thể được (Reachability) dùng cho các giao thức EGP như BGP. - Véc tơ kkoảng cách (Vector-Distance) giữa nguồn và đích dùng cho RIP - Trạng thái kết nối (Link state) như thông tin về kết nối dùng cho OSPF Không có giao thức định tuyến nào là toàn diện, tuỳ vào đặc tính, kích thước của mạng để chọn phù hợp. Mạng nhỏ đồng nhất nên dùng RIP, đối với các mạng lớn có cấu tạo thích hợp thì OSPF tối ưu hơn. U* Nguyên tắc định tuyến : Trong hoạt động định tuyến, người ta chia làm hai loại là định tuyến trực tiếp và định tuyến gián tiếp. Định tuyến trực tiếp là định tuyến giữa hai máy tính nối với nhau vào một mạng vật lý. Định tuyến gián tiếp là định tuyến giữa hai máy tính ở các mạng vật lý khác nhau nên chúng phải thực hiện thông qua các Gateway. Để kiểm tra xem máy đích có nằm trên cùng một mạng vật lý với máy nguồn không thì người gửi phải tách lấy địa chỉ mạng của máy đích trong phần tiêu đề của gói dữ liệu và so sánh với phần địa chỉ mạng trong phần địa chỉ IP của nó. Nếu trùng thì gói tin sẽ được truyền trực tiếp nếu không cần phải xác định một Gateway để truyền các gói tin này thông qua nó để ra mạng ngoài thích hợp. Hoạt động định tuyến bao gồm hai hoạt động cơ bản sau: - Quản trị cơ sở dữ liệu định tuyến: Bảng định tuyến (bảng thông tin chọn đường) là nơi lưu thông tin về các đích có thể tới được và cách thức để tới được đích đó. Khi phần mềm định tuyến IP tại một trạm hay một cổng truyền nhận được yêu cầu truyền một gói dữ liệu, trước hết nó phải tìm trong bảng định tuyến, để quyết định xem sẽ phải gửi Datagram đến đâu. Tuy nhiên, không phải bảng định tuyến của mỗi trạm hay cổng đều chứa tất cả các thông tin về các tuyến đường có thể tới được. Một bảng định tuyến bao gồm các cặp (N,G). Trong đó: + N là địa chỉ của IP mạng đích + G là địa chỉ cổng tiếp theo dọc theo trên đường truyền đến mạng N Bảng 2.1 minh hoạ bảng định tuyến của một cổng truyền. Đến Host trên mạng Bộ định tuyến Cổng vật lý 10.0.0.0 Direct 2 11.0.0.0 Direct 1 12.0.0.0 11.0.0.2 1 13.0.0.0 Direct 3 13.0.0.0 13.0.0.2 3 15.0.0.0 10.0.02 5 Như vậy, mỗi cổng truyền không biết được đường truyền đầy đủ để đi đến đích. Trong bảng định tuyến còn có những thông tin về các cổng có thể tới đích nhưng không nằm trên cùng một mạng vật lý. Phần thông tin này được che khuất đi và được gọi là mặc định (default). Khi không tìm thấy các thông tin về địa chỉ đích cần tìm, các gói dữ liệu được gửi tới cổng truyền mặc định. - Thuật toán định tuyến: Được mô tả như sau: + Giảm trường TTL của gói tin + Nếu TTL=0 thì  Huỷ gói dữ liệu  Gửi thông điệp ICMP báo lỗi cho thiết bị gửi. + Nếu địa chỉ đích là một trong các địa chỉ IP của các kết nối trên mạng thì xử lý gói dữ liệu IP tại chỗ. + Xác định địa chỉ mạng đích bằng cách nhân (AND) mặt nạ mạng (Network Mask) với địa chỉ IP đích. + Nếu địa chỉ đích không tìm thấy trong bảng định tuyến thì tìm tiếp trong tuyến đường mặc định, sau khi tìm trong tuyến đường mặc định mà không tìm thấy các thông tin về địa chỉ đích thì huỷ bỏ gói dữ liệu này và gửi thông điệp ICMP báo lỗi “mạng đích không đến được” cho thiết bị gửi. + Nếu địa chỉ mạng đích bằng địa chỉ mạng của hệ thống, nghĩa là thiết bị đích đến được kết nối trong cùng mạng với hệ thống, thì tìm địa chỉ mức liên kết tương ứng với bảng tương ứng địa chỉ IP-MAC, nhúng gói IP trong gói dữ liệu mức liên kết và chuyển tiếp gói tin trong mạng. + Trong trường hợp địa chỉ mạng đích không bằng địa chỉ mạng của hệ thống thì chuyển tiếp gói tin đến thiết bị định tuyến cùng mạng. 2.4 Các giao thức định tuyến trong IP Các giao thức định tuyến cho phép các router trao đổi thông tin khả năng đạt tới một mạng và thông tin cấu hình với các router khác. Tất cả các giao thức định tuyến phải đảm bảo tất cả các router trong một mạng có một cơ sở dữ liệu chính xác và toàn vẹn về cấu hình mạng. Điều này là rất quan trọng vì bảng chuyển phát ở mỗi router được tính toán dựa trên cơ sở dữ liệu của thông tin cấu hình mạng này. Các bảng chuyển phát chính xác góp phần giúp cho các gói đến được đích của chúng với khả năng cao hơn. Bảng chuyển phát không đủ, không chính xác sẽ khiến cho các gói không đến được đích của nó và tồi hơn có thể gây ra loop vòng quanh mạng trong một khoảng thời gian gây ra lãng phí tài nguyên băng tần và router . Các giao thức định tuyến được phân thành định tuyến giữa các miền (interdomain) và trong một miền (intradomain). Một miền được gọi là một hệ thống tự trị AS (autonomous system), AS là một tập hợp các router được điều khiển và quản lý bởi một thực thể đơn, nó được xác định bởi một số AS đơn. Các giao thức trong một miền IGP (interior gateway protocol) được sử dụng giữa các router trong cùng một AS. Nhiệm vụ của chúng là phải tính toán con đường rẻ nhất giữa hai máy bất kỳ trong một AS, do đó mang lại hiệu năng tốt nhất. Các giao thức giữa các miền EGP (exterior gateway protocol) được sử dụng giữa các router trong các AS khác nhau. Nhiệm vụ của nó phải tính toán một đường qua các AS khác nhau. Vì các AS được điều khiển bởi các tổ chức khác nhau nên các tiêu chuẩn để lựa chọn một đường qua một AS phụ thuộc vào các chính sách như chi phí, bảo an, khả năng khả dụng, hiệu năng, quan hệ thương mại giữa các AS…chứ không chỉ đơn thuần là hiệu năng như các giao thức IGP. Một ví dụ của EGP là BGP và các ví dụ của IGP là OSPF và RIP. Hình 2.3 dưới đây đưa ra một mạng với 3 AS chạy các giao thức IGP trong một AS và EGP giữa các AS. Hình 2.3: Các hệ thống tự trị Các tiêu chuẩn đối với các giao thức EGP khác với các giao thức định tuyến khác: - Scalability được chỉ rõ bởi khả năng của giao thức định tuyến để hỗ trợ một số lượng lớn các router và các mạng trong khi tối thiểu hoá tổng số lưu lượng điều khiển giữa các router (cập nhật cơ sở dữ liệu định tuyến ) và các tài nguyên router cần thiết để tính toán các bảng định tuyến mới. - Tránh loop. Khi một giao thức định tuyến tính toán một bảng định tuyến, nó sẽ cố gắng để tránh các con đường khiến các gói chuyển qua một router hoặc một mạng nhiều hơn một lần. Nó rất khó để đạt được điều này trong AS#2 RIP R R R AS#1 OSPF R R R AS#3 OSPF R R R BGP BGP BGP [...]... tuyến trạng thái đường có một số tiến bộ hơn so với các giao thức định tuyến véc tơ khoảng cách: - Hội tụ nhanh hơn Một số nguyên nhân khiến nó hội tụ nhanh hơn là: Thứ nhất, các LSP có thể được tràn lụt nhanh chóng khắp mạng và được sử dụng để xây dựng một cách nhìn chính xác về cấu hình mạng Thứ hai, chỉ có thay đổi cấu hình được phản ánh trong LSP mà không phải là toàn bộ cơ sở dữ liệu định tuyến... tuyến cơ bản là véc tơ khoảng cách và trạng thái đường 2.4.1 Định tuyến theo vectơ khoảng cách Định tuyến véc tơ khoảng cách dựa trên quan niệm rằng một router sẽ thông báo cho các router lân cận nó về tất cả các mạng nó biết và khoảng cách đến mỗi mạng này Một router chạy giao thức định tuyến véc tơ khoảng cách sẽ thông báo đến các router kế cận được kết nối trực tiếp với nó một hoặc nhiều hơn các... sung cost của nó (1hop) và thông báo nó cho router A (net1,2hop) Nhờ đó router A biết rằng nó có thể đạt tới net1 với 2 hop và qua router B Mặc dù định tuyến véc tơ khoảng cách đơn giản nhưng một số vấn đề phổ biến có thể xảy ra Ví dụ liên kết giữa 2 router B và C bị hỏng thì router B sẽ cố gắng tái định tuyến các gói qua router A vì router A theo một đường nào đó thông báo cho router B một véc tơ khoảng... này và gửi ngược lại cho router A véc tơ khoảng cách (net1,5hop) Đây là sự cố đếm vô hạn có thể làm cho thời gian cần thiết để hội tụ kéo dài hơn Giải pháp cho sự cố này được gọi là “trượt ngang” với nguyên tắc: không bao giờ thông báo khả năng đạt tới một đích cho next-hop của nó Như vậy router A sẽ không bao giờ thông báo véc tơ khoảng cách (net1,4) cho router B vì router B là next-hop của net1 Định...khoảng thời gian nó truyền bá sự biến đổi về cấu hình đến tất cả các router trong mạng Mặc dù vậy, đây là một đặc tính quan trọng được hỗ trợ bởi một số giao thức như BGP, EIGRP (enhanced interior gateway routing protocol) - Hội tụ Khi cấu hình... router xác định trong nhóm kế cận Điều này làm giảm bộ nhớ và xử lý trong các router vì cơ sở dữ liệu cấu hình chỉ lớn bằng số router trong một nhóm và chỉ các router trong nhóm mà ở đó có sự biến đổi về cấu hình phải tính toán các cây ‘shortcut path’ mới và các bảng định tuyến Khái niệm phân cấp này được minh họa trong hình 2.6 dưới đây, nó là một khái niệm quan trọng được thực hiện trong các giao . Bảng 2. 1 minh hoạ bảng định tuyến của một cổng truyền. Đến Host trên mạng Bộ định tuyến Cổng vật lý 10 .0.0.0 Direct 2 11 .0.0.0 Direct 1 12 . 0.0.0 11 .0.0 .2 1 13 .0.0.0 Direct 3 13 .0.0.0 13 .0.0 .2. 16 31 NetID SubnetID HostID Líp A 0 7 8 15 16 31 NetID 0 15 SubnetID HostID 23 24 16 Líp B NetID 0 23 SubnetID HostID 3 26 27 31 . NGUYÊN CỨU VỀ ĐỀ TÀI “CHUYỂN MẠCH IP” CHƯƠNG 2: ĐÁNH ĐỊA CHỈ VÀ ĐỊNH TUYẾN IP 2. 1 Mô hình chồng giao thức TCP/IP TCP/IP là một bộ giao