Thiết kế và cấu hình mạng thông tin sử dụng giao thức định tuyến OSPF

Thiết kế và cấu hình mạng thông tin sửdụng giao thức định tuyến OSPF Thiết kế và cấu hình mạng thông tin sửdụng giao thức định tuyến OSPF Thiết kế và cấu hình mạng thông tin sửdụng giao thức định tuyến OSPF Thiết kế và cấu hình mạng thông tin sửdụng giao thức định tuyến OSPF Thiết kế và cấu hình mạng thông tin sửdụng giao thức định tuyến OSPF

Mục lục

LỜI NÓI ĐẦU

PHẦN I TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH 6

I.Định nghĩa và phân loại mạng máy tính 6

1 Định nghĩa mạng máy tính 6

2 Phân loại máy tính 6

2.1 Phân loại theo khoảng cách địa lý 6

2.2 Phân loại theo kiến trúc mạng sử dụng 7

II.Mô hình tham chiếu OSI 7

1 Giới thiệu mô hình OSI 7

2 Các tầng của mô hình OSI 11

2.1 Tầng vật lý ( Physical layer ) 11

2.2 Tầng liên kết dữ liệu ( Data link layer ) 11

2.3 Tầng mạng ( Network layer ) 11

2.4 Tầng giao vận ( Transport layer ) 12

2.5 Tầng phiên ( Session layer ) 12

2.6 Tầng trình diễn ( Presentation layer ) 12

2.7 Tầng ứng dụng (Application layer) 13

Những vấn đề về OSI 13

III.Giao thức TCP/IP 14

1 Tổng quan 14

2 Ưu điểm củaTCP/IP 14

3 Kiến trúc của bộ giao thức TCP/IP 15

4 Các lớp tương ứng giữa OSI và TCP/IP 15

5 Các tầng của giao thức TCP/IP 15

5.1 Tầng mạng truy cập (Network Access Layer) 15

5.2 Tầng Internet (Internet Layer) 16

5.2.1 Giao thức truyền thông IP (Internet Protocol) 17

5.2.2 Giao thức chuyển địa chỉ ARP (Address Resolution Protocol) 19

5.2.3 Giao thức chuyển ngược địa chỉ RARP ( Reverse Address Resolution Protocol ) 21

5.2.4 Giao thức điều khiển truyền tin (Internet Control Message Protocol - ICMP) 21

5.3 Tầng giao vận ( Transport ) 23

5.3.1 Giao thức không kết nối (User Datagram Protocol - UDP) 24

5.3.2 Giao thức điều khiển truyền tin (Transmission Control Protocol - TCP) 27

5.4 Tầng ứng dụng của TCP/IP 31

5.4.1 Dịch vụ tên miền (Domain Name Service - DNS) 31

5.4.2 Đăng nhập từ xa (Telnet) 32

5.4.3 Thư điện tử (Electronic Mail) 32

5.4.4 Giao thức truyền tệp (File Transfer Protocol - FTP) 33

6 Cơ chế địa chỉ Internet ( Addressing ) 33

a Địa chỉ lớp A 34

b Địa chỉ lớp B 34

c Địa chỉ lớp C 35

d Mạng con ( Subnet ) và Mặt nạ mạng con ( Subnets Mask) 35

e Hostname 36

PHẦN II ĐỊNH TUYẾN 37

1 Khái niệm 37

2 Phân loại 37

3.Thuật ngữ định tuyến thông dụng 38

Bảng định tuyến ( routing table ): Các Host và Router trên Internet đều chứa một bảng định tuyến để tính toán các chặn tiếp theo cho gói tin Bảng định tuyến này gán tương ứng mỗi địa chỉ đích với một địa chỉ Router cần đến ở chặng tiếp theo Địa chỉ đích trong bảng định tuyến có thể bao gồm cả địa chỉ mạng, mạng con và hệ thống độc lập Trong bảng định tuyến có thể bao gồm một tuyến mặc định được biểu diễn bằng địa chỉ 0.0.0.0 38

Vấn đề hội tụ trong mạng ( Convergence time ) 43

4 Phương pháp Vector khoảng cách ( Distance vector ) 44

5 Phương pháp trạng thái liên kết ( Link-state ) 46

PHẦN III 48

THIẾT KẾ VÀ CẤU HÌNH MẠNG CHẠY 48

GIAO THỨC OSPF 48

I Khái quát về giao thức OSPF ( OSPF overview ) 48

1.Các thuật ngữ sử dụng trong giao thức OSPF 49

2 Các trạng thái của OSPF 51

2.1 Tổng quan 51

2.2 Các trạng thái để thiết lập láng giềng 52

3 Các loại mạng trong OSPF 55

II Nguyên tắc hoạt động của OSPF 56

1 Qúa trình thiết lập quan hệ láng giềng 56

2 Lựa chọn DR và BDR 57

4 Lựa chọn tuyến đường tối ưu nhất 58

5 Duy trì thông tin định tuyến 58

6 Hạn chế của OSPF trong vùng đơn 59

III OSPF đa vùng, nguyên tắc hoạt động và các loại vùng trong OSPF 60

1 Các loại router và các loại thông điệp LSA của OSPF đa vùng 60

3 Nguyên tắc hoạt động của OSPF đa vùng 64

4 Liên kết ảo trong OSPF đa vùng ( Virtual link ) 66

IV Các vấn đề quan tâm khi thiết kế OSPF 67

3.1 Tài nguyên hiện có 67

3.2 Sự mở rộng sau này 68

V Cấu hình OSPF đơn vùng 68

1 Cấu hình cơ bản về OSPF 69

2 Cấu hình lựa chọn các thông số 70

VI Cấu hình OSPF đa vùng 73

1 Cấu hình vùng Stub, Totally stub và NSSA 73

2 Cấu hình liên kết ảo trong OSPF 75

3 Cấu hình gộp tuyến đường trong OSPF đa vùng 76

VII So sánh OSPF và các giao thức khác 79

1 So sánh về sự hội tụ 79

2 So sánh về sự mở rộng, việc sử dụng băng thông 82

3 Nhược điểm của OSPF 83

PHẦN IV .85

Kiểm Tra và Gỡ Rối 85

Mạng OSPF 85

I.Kiểm tra và giám sát mạng OSPF 85

1 Kiểm tra bằng các lệnh xem cấu hình của router 85

Khi kiểm ta cấu hình của Router ta có thể kiểm tra theo mô hình OSI, nghĩa là kiểm tra từng tầng một Tuy nhiên trong phạm vi đồ án này em chỉ xem xét việc kiểm tra tại tầng mạng ( network ) trong mô hình OSI 85

2 Kiểm tra với các lệnh của riêng giao thức OSPF 89

II Gỡ rối mạng OSPF bằng các lệnh debug 100

VÍ DỤ XÉT TẠI ROUTER HANOI 100

PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TRÊN TA THẤY KHI TA SHUTDOWN MỘT CỔNG F0/0 TRÊN HANOI THÌ TRẠNG THÁI OSPF CHUYỂN NGAY XUỐNG DOWN, VÀ KHÔNG CÓ DR, BDR TRÊN MIỀN BROADCAST NÀY .103

KẾT LUẬN

Lời nói đầu

Cùng với sự tiến bộ vượt bậc của khoa học kỹ thuật, công nghệ viễnthông, công nghệ mạng máy tính, và đặc biệt là mạng toàn cầu Internet đã

có những bước phát triển nhảy vọt trong việc cung cấp các dịch vụ chokhách hàng Không còn nghi ngờ gì nữa, Internet ngày nay đã trở thànhmạng dữ liệu công cộng lớn nhất khiến cho việc trao đổi thông tin trở nênnhanh chóng và thuận tiện hơn nhiều so với trước đây Khối lượng thôngtin trao đổi qua Internet được tăng theo cấp số nhân mỗi ngày Ngày càngnhiều các tổ chức, công ty, cá nhân sử dụng Internet cho các mục đíchkhác nhau Rõ ràng, Internet đã và đang làm thay đổi cuộc sống của conngười, làm cải thiện công việc kinh doanh, giải trí, giáo dục cũng nhưphương thức liên lạc và thực sự Internet đã đưa xã hội con người vàomột kỷ nguyên mới, kỷ nguyên của công nghệ thông tin

Sự phát triển cuả Internet cũng đồng nghĩa với việc tăng trưởng về quy

mô và công nghệ nhiều loại mạng LAN, WAN và đặc biệt là lưu lượngthông tin trên mạng tăng đáng kể Chính điều đó đã làm cho vấn đề địnhtuyến thông tin trên mạng trở lên quan trọng hơn bao giờ hết Trong đóviệc thiết kế mạng và lựa chọn giao thức định tuyến sao cho phù hợp vớichi phí, tài nguyên của tổ chức là rất quan trọng

Internet phát triển càng mạnh lượng người truy nhập càng tăng yêu cầuđịnh tuyến càng phải tin cậy, tốc độ chuyển mạch nhanh và không gây ralặp trên mạng Hơn nữa khi nhiều tổ chức tham gia vào mạng thì nhiềugiao thức được đưa vào sử dụng dẫn đến sự phức tạp về định tuyến cũnggia tăng, và số lượng các giao thức để phục vụ cho việc định tuyến cũng

có rất nhiều Việc hiểu biết và thiết kế các mạng thông tin cỡ lớn có sửdụng các thiết bị định tuyến đang trở thành một nhu cầu vô cùng cấp thiếttrong thực tế Nó đòi hỏi người thiết kế mạng phải có sự hiểu biết sâu vềgiao thức mình thiết kế cũng như các loại giao thức định tuyến khác

Chính vì những lý do trên mà đồ án của em nghiên cứu về vấn đề

thiết kế mạng với đề tài là “ Thiết kế và cấu hình mạng thông tin sử dụng giao thức định tuyến OSPF ” Đồ án được chia làm bốn phần:

Phần I: Tổng quan về mạng máy tính

Phần II: Định tuyến và các giao thức định tuyến

Phần III: Thiết kế và cấu hình mạng sử dụng giao thức OSPF Phần IV: Kiểm tra và gỡ rối mạng sử dụng giao thức OSPF

Thiết kế mạng là một đề tài rất phức tạp, đòi hỏi các kỹ sư phải có sự hiểubiết rất sâu về hoạt động của mô hình OSI, mô hình TCP/IP cũng nhưhoạt động của các giao thức định tuyến Trong phạm vi đề tài này em chỉxem xét vấn đề thiết kế mạng khi sử dụng giao thức OSPF, chắc chắntrong quá trình làm không tránh phải các thiếu sót, em rất mong các thầy

cô chỉ bảo để đồ án của em có thể hoàn thành tốt đẹp

Em xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến tất cả các thầy cô trườngĐHBKHN đã dìu dắt em trong suốt 5 năm học đại học tại trường và đặcbiệt là thầy Nguyễn Văn Khang, thầy Nguyễn Khắc Kiểm là các thầytrực tiếp hướng dẫn tốt nghiệp em, đã đôn đốc chỉ bảo tận tình cho emtrong thời gian học, thời gian thực tập cũng như thời gian làm đồ án tốtnghiệp

Nhân đây, em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến Chương trình Học ViệnMạng CISCOBACHKHOA ( www.bkacad.com ) đã tạo điều kiện tốt cho

em trong quá trình thực tập tốt nghiệp, cung cấp tài liệu cũng như chỉ bảo

em một cách tận tình trong suốt quá trình thực hiện bản đồ án này

Sử dụng chung tài nguyên ( Resource sharing ): Chương trình, dữliệu, thiết bị có thể được dùng chung bởi người dùng từ các máy tính trênmạng.

Tăng độ tin cậy của hệ thống thông tin ( Reliability ): Nếu một máytính hay một đơn vị dữ liệu nào đó bị hỏng thì luôn có thể sử dụng mộtmáy tính khác hay một bản sao khác của dữ liệu, nhờ đó, khả năng mạng

bị ngừng sử dụng được giảm thiểu

Tạo ra môi trường truyền thông mạnh giữa nhiều người sử dụngtrên phạm vi địa lý rộng: Mục tiêu này ngày càng trở nên quan trọng nhất

là khi mạng máy tính đã phát triển trên phạm vi toàn cầu như ngày nay.Tiết kiệm chi phí: Do tài nguyên được dùng chung, hệ thống tin cậy hơnnên chi phí thiết bị và bảo dưỡng của mạng máy tính thấp hơn so vớitrường hợp máy tính riêng lẻ

2 Phân loại máy tính

2.1 Phân loại theo khoảng cách địa lý

Phân loại theo khoảng cách địa lý là cách phổ biến và thông dụngnhất Theo cách phân loại này ta có các loại mạng sau:

Mạng cục bộ ( Local Area Networks- viết tắt là LAN ): Là mạng được càiđặt trong một phạm vi nhỏ ( trong một toà nhà, một trường học ),

khoảng cách tối đa giữa các máy tính chỉ vài km trở lại

Mạng đô thị ( Metropolitan Area Networks - viết tắt là MAN ): Là mạngđược cài đạt trong phạm vi một đô thị hoặc một trung tâm kinh tế - xãhội, khoảng cách tối đa giữa các máy tính vào khoảng 100 km trở lạiMạng diện rộng ( Wide Area Networks – viết tắt là WAN ): Phạm vi củamạng trải rộng trong phạm vi một quốc gia, hoặc giữa các quốc gia trêntoàn thế giới.

Mạng toàn cầu ( Global Area Network – viết tắt là GAN ): Kết nối cácmáy tính từ các châu lục khác nhau Các kết nối này thường được thựchiện thông qua mạng viễn thông và vệ tinh

2.2 Phân loại theo kiến trúc mạng sử dụng

Ngoài cách phân loại trên, người ta còn có thể phân loại mạng theokiến trúc mạng ( topo mạng và giao thức sử dụng ) Theo cách phân loạinày, có các loại mạng như:

 Mạng SNA ( Systems Network Architecture ) của IBM

 Mạng NA ( Digital Network Architecture ) của DEC

 Mạng ISO ( theo kiến trúc chuẩn quốc tế )

 Mạng TCP/IP

II Mô hình tham chiếu OSI

1 Giới thiệu mô hình OSI

Mô hình mạng máy tính do tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế

( International Standard Organization – ISO ) đưa ra năm 1983 được gọi

là mô hình tham chiếu các hệ thống mở ( Open Systems Interconectreferent model - OSI) Các điều khoản mô tả trong mô hình được sử dụngrộng rãi trong lý thuyết truyền thông, do đó, trong thực tế khó có thể nói

về truyền thông mà không sử dụng thuật ngữ của OSI Mô hình thamchiếu OSI bao gồm 7 lớp như sau:

Hình 1-1: Mô hình OSI

Quá trình truyền tin giữa hai máy tính được mô tả theo hình vẽ dưới đây:

Hình 1-2: Phương thức xác lập các gói tin trong mô hình OSI

Trên quan điểm mô hình mạng phân tầng, mỗi tầng chỉ thực hiệnmột chức năng là nhận dữ liệu từ tầng bên trên để chuyển giao xuống chotầng bên dưới và ngược lại Chức năng này thực chất là gắn thêm và gỡ

bỏ phần tiêu đề ( Header ) đối với các gói tin trước khi chuyển nó đi Nóicách khác, từng gói tin sẽ bao gồm 2 phần Header và phần dữ liệu

( Payload ) Khi đi đến một tầng mới gói tin sẽ được đóng thêm một phầntiêu đề khác và được xem như là gói tin của tầng mới, công việc trên tiếpdiễn cho tới khi gói tin được truyền lên đường dây mạng ( đường truyềnvật lý ) để đến bên nhận

Tại bên nhận các gói tin được gỡ bỏ phần tiêu đề trên từng tầngtương ứng và đây cũng là nguyên lý của bất cứ mô hình phân tầng nào

Mô hình tham chiếu OSI chứa 7 tầng mô tả chức năng của các giao thứctruyền thông Trong đó, mỗi tầng sẽ thực hiện một chức năng cụ thể:

: Thực hiện việc kết nối qua mạng cho các tầng trên

Tầng liên kết dữ liệu : Cung cấp phân phát dữ liệu tin cậy qua đường

truyền vật lý

Tầng vật lý : Định rõ các đặc thù của thiết bị mạng.

Việc phân tầng của OSI tuân theo một số nguyên tắc sau :

-Mỗi lớp cần thực hiện các chức năng được định nghĩa rõ ràng.-Việc chọn chức năng cho mỗi lớp cần chú ý tới việc định nghĩacác quy tắc chuẩn hoá quốc tế

-Danh giới các mức cần chọn sao cho thông tin đi qua là ít nhất( tham số cho chương trình con là ít )

-Số mức phải đủ lớn để các chức năng tách biệt không nằm trongcùng một lớp và đủ nhỏ để mô hình không quá phức tạp Một mức có thể

được phân thành các lớp nhỏ nếu cần thiết Các mức con có thể lại bị loạibỏ.

-Hai hệ thống khác nhau có thể truyền thông với nhau nếu chúngbảo đảm những nguyên tắc chung ( cài đặt cùng một giao thức truyềnthông )

-Các chức năng được tổ chức thành một tập các tầng đồng mứccung cấp chức năng như nhau Các tầng đồng mức phải sử dụng một giaothức chung

-Một tầng không định nghĩa một giao thức đơn, nó định nghĩa mộtchức năng truyền thông có thể được thi hành bởi một số giao thức Dovậy, mỗi tầng có thể chứa nhiều giao thức, mỗi giao thức cung cấp mộtdịch vụ phù hợp cho chức năng của tầng

-Mỗi mức ngang hàng giao thức truyền thông ( sự bổ xung của cácgiao thức cùng mức tương đương trên hệ thống khác) Mỗi mức phảiđược chuẩn hoá để giao tiếp với mức tương đương với nó Trên lý thuyết,giao thức chỉ biết đến những gì liên quan tới lớp của nó mà không quantâm tới mức trên hoặc dưới của nó Tuy nhiên phải có sự thoả thuận đểchuyển dữ liệu giữa các tầng trên một máy tính, bởi mỗi tầng lại liên quantới việc gửi dữ liệu từ ứng dụng tới một ứng dụng tương đương trên mộtmáy khác Tầng cao hơn dựa vào tầng thấp hơn để chuyển dữ liệu quamạng phía dưới Dữ liệu chuyển xuống ngăn xếp từ tầng này xuống tầngthấp hơn cho tới khi được truyền qua mạng nhờ giao thức của tầng vật lý

Ở đầu nhận, dữ liệu đi lên ngăn xếp tới ứng dụng nhận Những tầng riêng

lẻ không cần biết các tầng trên và dưới nó xử lý ra sao, nó chỉ cần biếtcách chuyển nhận thông tin từ các tầng đó Sự cô lập các hàm truyềnthông trên các tầng khác nhau giảm thiểu sự tích hợp công nghệ của đầuvào mỗi bộ giao thức Các ứng dụng mới có thể thêm vào mà không cầnthay đổi tầng vật lý của mạng, phần cứng có thể được bổ sung mà khôngcần viết lại các phần mềm ứng dụng

2 Các tầng của mô hình OSI

2.1 Tầng vật lý ( Physical layer )

Tầng vật lý liên quan tới việc truyền dòng bit giữa các máy bằngkênh truyền thông vật lý, ở đây cấu trúc của dữ liệu không được quan tâmđến

Việc thiết kế tầng vật lý cần quan tâm đến các vấn đề về ghép nối cơ khí,điện tử, thủ tục và môi trường truyền tin bên dưới nó

Ví dụ mức điện áp tương ứng với bit 0 - 1, thời gian tồn tại của xung

2.2 Tầng liên kết dữ liệu ( Data link layer )

Liên kết, thiết lập, duy trì, huỷ bỏ các liên kết dữ liệu là nhiệm vụcủa tầng liên kết dữ liệu

Ngoài ra tầng liên kết dữ liệu còn kiểm soát lỗi đường truyền, thônglượng

Tầng này thực hiện việc đóng gói thông tin gửi thành các frame, gửi các

frame một cách tuần tự đi trên mạng, xử lý các thông báo xác nhận

(Acknowledgement frame) do bên nhận gửi về Xác định ranh giới giữa

các frame bằng cách ghi một số byte đặc biệt vào đầu và cuối frame Giải

quyết vấn đề thông lượng truyền giữa bên gửi và bên nhận (Vấn đề này

có thể được giải quyết bởi một số lớp trên )

2.3 Tầng mạng ( Network layer )

Vấn đề chủ chốt của tầng mạng là dẫn đường, định rõ các gói tin( packet ) được truyền theo những con đường nào từ nguồn đến đích Cáccon đường này có thể cố định, ít bị thay đổi, được thiết lập khi bắt đầuliên kết hay động (dynamic) thay đổi tuỳ theo trạng thái tải của mạng.Nếu có nhiều gói tin truyền trên mạng có thể xảy ra tình trạng tắc nghẽn,tầng mạng phải giải quyết vấn đề này

Thực hiện chức năng giao tiếp với các mạng bao gồm việc đánh lại địachỉ, cắt và tái hợp gói tin cho phù hợp với các mạng

Ngoài ra tầng mạng còn thực hiện một số chức năng kế toán, ví dụ : Một

số Firewall ( packet filtering ) được cài đặt trên tầng này để thống kê sốlượng các gói tin truyền qua mạng hay ngăn chặn hoặc cho phép các góitin của giao thức nào đó

2.4 Tầng giao vận ( Transport layer )

Kiểm soát việc truyền tin từ nút tới nút ( end-to-end ): Bắt đầu từtầng này, các thực thể đã có thể nói chuyện một cách logic với nhau.Thực hiên việc ghép kênh và phân kênh: Mỗi ứng dụng có thể gửi dữ liệu

đi theo nhiều con đường, một đường truyền lại có thể được nhiều ứngdụng sử dụng, phân kênh/ hợp kênh giải quyết vấn đề phân chia dữ liệucho các ứng dụng

Khắc phục sai sót trong quá trình truyền tin: Việc khắc phục sai sót đượcthực hiện trên nhiều tầng khác nhau, nhưng hiệu quả nhất là ở các tầngcao, việc khắc phục sai sót làm ở tầng giao vận là hợp lý nhất

2.5 Tầng phiên ( Session layer )

Tầng này cho phép người sử dụng trên các máy khác nhau thiếtlập, duy trì, huỷ bỏ, đồng bộ phiên truyền thông giữa họ Cung cấp một sốdịch vụ hữu ích cho người sử dụng như cho phép người dùng login vào hệthống chia sẻ thời gian, truyền tệp giữa các máy tính

Quản lý token : Cơ chế thẻ bài được tầng phiên cung cấp để tránh hiệntượng tranh chấp đường truyền trên mạng

Thực hiện đồng bộ ( Synchronization ): Thực hiện đối với những dữ liệulớn bằng cách thêm vào các thông tin kiểm tra, sửa lỗi

2.6 Tầng trình diễn ( Presentation layer )

Giải quyết vấn đề liên quan tới cú pháp và ngữ nghĩa của thông tinnhư chuyển đổi thông tin theo một chuẩn nào đó được cả hai bên sử dụng(mã ASCII - EDBCDIC)

Nén/ giãn dữ liệu để giảm số lượng bit truyền trên mạng Mã hoá dữ liệu

để thực hiện quyền truy cập

Cung cấp các dịch vụ cho người sử dụng như: Electronic mail, Remotelogin, Directory lookup

Những vấn đề về OSI

Bản thân OSI không phải là một kiến trúc mạng bởi vì nó khôngchỉ ra chính xác các dịch vụ và các nghi thức được sử dụng trong mỗitầng Mô hình này chỉ ra mỗi tầng cần thực hiện nhiệm vụ gì ISO đã đưa

ra các tiêu chuẩn cho từng tầng, nhưng các tiêu chuẩn này không phải làmột bộ phận của mô hình tham chiếu

Mô hình OSI ra đời sau khi các giao thức TCP/IP (TCP/IP sẽ được trìnhbày ở phần sau) đã được sử dụng rộng rãi, nhiều công ty đã đưa ra các sảnphẩm TCP/IP, vì vậy, mô hình OSI chỉ được sử dụng trong thực tế nhưmột chuẩn về lý thuyết

Trong mô hình OSI, một số chức năng như điều khiển thông lượng, kiểmtra lỗi xuất hiện lặp lại trong một số tầng Điều này có nguyên nhân do

mô hình OSI được chia làm các tầng khác nhau, mỗi tầng tương ứng vớimột đối tượng độc lập (có dữ liệu và các phương thức riêng của nó, độclập với các đối tượng khác)

Mô hình OSI không có các dịch vụ và giao thức không hướng kết nốimặc dù hầu hết các mạng đều có sử dụng Mô hình quá phức tạp cho việccài đặt làm cho OSI khó có thể ứng dụng rộng rãi trên thực tế

III Giao thức TCP/IP

1 Tổng quan

Giao thức TCP/IP được phát triển từ mạng ARPANET và Internet

và được dùng như giao thức mạng và vận chuyển trên mạng Internet.TCP ( Transmission Control Protocol ) là giao thức thuộc tầng vận

chuyển và IP ( Internet Protocol ) là giao thức thuộc tầng mạng của môhình OSI Họ giao thức TCP/IP hiện nay là giao thức được sử dụng rộngrãi nhất để liên kết các máy tính và các mạng

Hiện nay các máy tính của hầu hết các mạng có thể sử dụng giao thứcTCP/IP để liên kết với nhau thông qua nhiều hệ thống mạng với kỹ thuậtkhác nhau Giao thức TCP/IP thực chất là một tổ hợp các giao thức chophép các hệ thống mạng cùng làm việc với nhau thông qua việc cung cấpphương tiện truyền thông liên mạng

2 Ưu điểm củaTCP/IP

Giao thức chuẩn mở sẵn sàng phát triển độc lập với phần cứng và

hệ điều hành TCP/IP là giao thức lý tưởng cho việc hợp nhất phần cứng

và phần mềm khác nhau, ngay cả khi truyền thông trên Internet Sự độclập rành mạch với phần cứng vật lý của mạng cho phép TCP/IP hợp nhấtcác mạng khác nhau TCP/IP có thể chạy trên mạng Ethernet, mạngToken ring, mạng quay số (Dial-up line), mạng X.25, mạng ảo và mọiloại môi trường vật lý truyền thông

Một sơ đồ địa chỉ dùng chung cho phép mỗi thiết bị TCP/IP có duy nhấtmột địa chỉ trên mạng ngay cả khi đó là mạng toàn cầu Internet

Tiêu chuẩn hoá mức cao của giao thức phù hợp với ích lợi của dịch vụngười dùng Được tích hợp vào hệ điều hành UNIX, hỗ trợ mô hìnhclient-server, mô hình mạng peer-to- peer, hỗ trợ kỹ thuật dẫn đườngđộng

Dưới đây, chúng ta xem xét một số nội dung về bộ giao thức truyền thôngTCP/IP.

3 Kiến trúc của bộ giao thức TCP/IP

Bộ giao thức TCP/IP được phân làm 4 tầng :

Tầng truy nhập mạng (Network Layer)

Tầng Internet (Internet Layer)

Tầng giao vận (Transport Layer)

Tầng ứng dụng (Application Layer)

4 Các lớp tương ứng giữa OSI và TCP/IP

Hình 1-3 :Tương quan giữa hai mô hình tham chiếu OSI và mô hình

TCP/IP

5 Các tầng của giao thức TCP/IP

5.1 Tầng mạng truy cập (Network Access Layer)

Tầng mạng truy cập là tầng thấp nhất của giao thức TCP/IP Cácgiao thức trong tầng này cung cấp biện pháp cho hệ thống chuyển giao dữliệu giữa các thiết bị được kết nối trực tiếp Nó mô tả cách sử dụng mạng

để truyền một gói thông tin IP Không giống những giao thức của tầng

cao hơn là sử dụng dịch vụ của tầng dưới nó và cung cấp dịch vụ cho tầngtrên, giao thức của tầng mạng cần phải biết chi tiết của mạng vật lý phíadưới (cấu trúc của gói, địa chỉ, vv ) để định dạng đúng thông tin sẽ đượctruyền tuân theo những ràng buộc của mạng Tầng mạng của TCP/IPchứa các chức năng tương ứng của 2 tầng thấp nhất của mô hình thamchiếu OSI ( tầng liên kết dữ liệu, tầng vật lý) Tầng mạng thường khôngđược người dùng để ý tới vì thiết kế của TCP/IP che dấu những chứcnăng của tầng thấp nhất này và những điều cần biết cho người sử dụngcũng như người lập trình chỉ là những giao thức của các tầng cao hơn (IP,TCP, UDP, vv ) Mỗi khi có công nghệ phần cứng xuất hiện, nhữnggiao thức tầng mạng phải được phát triển để TCP/IP có thể sử dụng phầncứng mới ( thông thường đó chính là các trình điều khiển của chính nhàcung cấp phần cứng đó ) Các chức năng trình diễn trong tầng này bao

gồm đóng gói gói thông tin IP thành các "Frame" được truyền dẫn trên

mạng và chuyển địa chỉ IP thành địa chỉ vật lý sử dụng bởi mạng máytính Một trong số các điểm mạnh của TCP/IP là địa chỉ của nó được phốihợp sao cho trên mạng Internet không có một thiết bị mạng nào cùng tên.Địa chỉ này phải được chuyển đổi thích hợp với địa chỉ mạng vật lý nơi

mà dữ liệu được truyền đi

5.2 Tầng Internet (Internet Layer)

Hình 1-4 : Mô hình TCP/IP và các giao thức tầng Internet

Tương ứng với tầng network trong mô hình OSI, với mục đích làlựa chọn đường đi tốt nhất cho các packet trên mạng Giao thức chínhtrong tầng này là IP, giao thức này có nhiệm vụ địa chỉ nguồn và đích củagói tin, định tuyến các packet tới đúng đích Ngoài ra còn các giao thứcnhư ICMP, ARP, RARP

5.2.1 Giao thức truyền thông IP (Internet Protocol)

Mục đích của giao thức IP là cung cấp khả năng kết nối các mạngcon thành liên mạng để truyền dữ liệu

Tất cả các hệ thống thành viên của liên mạng đòi hỏi phải cài đặt IP ởtầng mạng

IP là giao thức truyền thông kiểu không liên kết ( Connectionless ) nghĩa

là không cần có giai đoạn thiết lập trước khi truyền dữ liệu Mỗi gói tinđược truyền đi trên mạng một cách độc lập, chính việc dữ liệu đi tới đíchtheo nhiều đường khác nhau tạo nên tính mềm dẻo cho Internet

Đơn vị dữ liệu truyền trong IP được gọi là packet có khuôn dạng nhưhình vẽ sau:

TYPE IDENTIFICATION FLAG FRAGMENT OFFSET TIME TO LIVE PROTOCOL HEADER CHEKSUM

SOURCE IP ADDRESS DESTINATION IP ADDRESS

IP OPTIONS

IP DATAGRAM DATA (MAX 65535 BYTES)

Hình 1-5: Gói thông tin IP

PADDING

Vers : Dài 4 bits, mô tả chính xác version của IP

: Dài 8 bits mô tả thứ tự ưu tiên của data.

: Dài 16 bits (2 bytes), đây là độ dài của datagram (inbytes-có nghĩa là độ dài vùng data của IP datagram có thể lên tới 65535bytes)

Identification, flags, fragment offset : Không phải bất kỳ size nào của

datagram cũng được truyền trên mạng (ví dụ Ethernet LAN chỉ hỗ trợ

cho size lớn nhất của datagram là 1518 bytes) Do vậy khi size của

datagram vượt quá kích thước cho phép, nó sẽ bị chia nhỏ ra và các

trường này sẽ đảm bảo rằng các datagram đã bị phân chia này là từ một

datagram ban đầu Mục đích của các trường này để giúp cho việc phân

mảnh và tái tổ hợp các gói tin sao cho đúng thứ tự

Time to live : Dùng để xác định xem datagram này có bị truyền

lặp lại hay không ( thông thường nó được gán là 1, nếu bị lặp lại nó sẽ bịgán là 0 )

Protocol : Trường này cho biết lớp giao thức cao hơn nào sẽđược sử dụng ( UDP hay là TCP )

: Trường này được dùng để kiểm tra sự toàn vẹn của

: Chứa các thông tin như: "dò" đường, bảo mật, xác

: Trường điền thêm các số 0 để đảm bảo header kết

thúc tại một địa chỉ bội của 32

Source IP address, destination IP address: Chứa địa chỉ của Host gửi và

địa chỉ của Host đích

Tầng IP làm công việc định tuyến các gói tin qua mạng Internet từmáy tính này tới máy tính khác, qua các mạng khác nhau cho tới khi nóđến được trạm đích hoặc bị lỗi Việc truyền gói tin qua các mạng đượcthực hiện thông qua một thiết bị kết nối giữa hai mạng gọi là Router Khi

một thông tin truyền qua các mạng khác nhau, nó có thể bị chia ra thànhnhiều gói nhỏ hơn Thông tin truyền có thể quá lớn để có thể truyền trênmột gói tin trên một mạng khác Vấn đề này chỉ gặp phải khi Routerđược nối giữa các mạng vật lý khác nhau Mỗi kiểu mạng quy định gói tin

có một độ dài tối đa có thể truyền ( Maximum Transmission Unit-MTU )nếu thông tin nhận được từ mạng này mà có MTU dài hơn của mạng kia,

nó cần phải được chia nhỏ ra thành nhiều mảnh để truyền

Việc xử lý như vậy được gọi là sự phân mảnh,ví dụ: IP phải cắt gói tinEthernet thành những gói thông tin nhỏ hơn để truyền qua mạng X.25.Định dạng của mỗi gói tin chia cắt giống như với từng bản tin Trường

thứ hai của header chứa thông tin sử dụng cho quá trình tập hợp lại

bản tin bao gồm: Gói tin thuộc bản tin nào, vị trí của nó trong toàn bộdòng dữ liệu truyền, gói tin đã được kết nối chưa

Khi những gói tin truyền đến một Router quá nhanh, chúng có thể bị loại

bỏ và IP trả lại một thông báo lỗi (ICMP)

5.2.2 Giao thức chuyển địa chỉ ARP (Address Resolution

Protocol)

Mọi máy tính cùng nằm trên một mạng vật lý có thể gửi frame vật

lý trực tiếp cho nhau nên việc truyền thông tin giữa hai máy tính trongcùng một mạng vật lý không cần sử dụng Router Việc dẫn đường trựctiếp chỉ sử dụng phần địa chỉ máy (Host ID) trong địa chỉ IP Trạm gửi

chỉ việc đóng gói dữ liệu vào frame, chuyển địa chỉ IP của trạm đích thành địa chỉ vật lý và gửi trực tiếp frame tới máy nhận.

Một cơ chế sử dụng để chuyển địa chỉ IP thành địa chỉ vật lý là ARP(Address Resolusion Protocol) Khi hai máy tính cùng nối vào một mạngvật lý, chúng biết được địa chỉ IP của nhau nhưng để truyền thông giữahai máy, chúng phải biết được địa chỉ vật lý của nhau ARP giải quyếtvấn đề chuyển từ địa chỉ IP sang địa chỉ Ethernet được mô tả như hìnhdưới đây :

Hình 1-6 :ARP được dùng để lấy địa chỉ MAC

Trong các thiết bị lớp 2 như Switch có bảng phân giải địa chỉ (AddressReslution Cache) – hay còn gọi là bảng CAM, lưu trữ tạm thời các địa chỉ

sử dụng mới nhất để tăng tốc độ của việc chuyển giao địa chỉ giúp choquá trình truyền tin sảy ra nhanh hơn

Một gói thông tin ARP là một Ethernet Frame được truyền trực tiếp từmáy này tới máy khác Vì không phải sử dụng IP, gói tin này không cóđịa chỉ IP nên nó phải được gửi broadcasts tới tất cả các máy trên mạngEthernet (với địa chỉ FF-FF-FF-FF-FF-FF)

Gói thông tin ARP được mô tả như sau:

DESTINATION

ADDRESS

SOURCE ADDRESS

TYPE OR LENGTH

(ARP) DATA CRC

Hình1-7 : Gói tin ARP

Không giống phần lớn các giao thức khác, dữ liệu trong ARP không cómột định dạng chuẩn cho header Để ARP có thể làm việc với nhiều côngnghệ khác nhau, người ta dùng một trường để chứa độ dài của nhữngtrường đi sau nó

5.2.3 Giao thức chuyển ngược địa chỉ RARP ( Reverse Address Resolution Protocol )

Trong trường hợp máy trạm không có thiết bị nhớ phụ, và vì vậy

nó không biết địa chỉ IP của chính mình khi khởi động, người ta sử dụng

cơ chế chuyển ngược địa chỉ (Reverse Address Resolution Protocol RARP) hoạt động tương tự ARP để giải quyết vấn đề này Theo cơ chế

-đó, có một máy chủ chứa bảng địa chỉ IP của các máy trạm, khi máy trạmkhởi động, nó gửi một request tới tất cả các máy và máy chủ gửi trả lạimột gói tin chứa địa chỉ IP của máy trạm yêu cầu Gói tin RARP thựcchất giống gói tin ARP trong đó một trường đảo thay đổi giá trị

Hình 1-8 :RARP được sử dụng lấy một địa chỉ IP

5.2.4 Giao thức điều khiển truyền tin (Internet Control Message Protocol - ICMP)

Việc định tuyến qua các mạng sử dụng giao thức điều khiển truyềntin ( Internet Control Message Protocol – ICMP ) gửi các thông báo làmcác công việc: Điều khiển, thông báo lỗi và chức năng thông tin cho

TCP/IP

Thông thường ICMP được gửi khi một gói tin không thể đi tới đích, mộtRouter không còn đủ chỗ nhớ để nhận thêm gói tin hay một Router hướng

dẫn máy tính sử dụng Router khác để truyền thông tin theo một conđường tối ưu hơn

Gói tin ICMP

Mặc dầu mỗi thông báo ICMP có một kiểu định dạng riêng của nó,song các thông báo đều chứa 3 trường đầu tiên giống nhau:

: Định nghĩa thông báo đi sau.

: Cung cấp thông tin thêm về thông báo : Chứa checksum của thông báo

ICMP Message Type

Echo Reply Destination Unreachable Source Quench

Echo Request Timestamp Reply Information Request Information Reply Address Mask Request Address Mask Reply

Điều khiển dòng dữ liệu :

Khi trạm nguồn gửi dữ liệu tới quá nhanh, trạm đích không kịp xử

lý, trạm đích - hay một thiết bị dẫn đường gửi trả trạm nguồn một thôngbáo để nó tạm ngừng việc truyền thông tin

Thông báo lỗi :

Khi không tìm thấy trạm đích, một thông báo lỗi Destination

Unreachable được Router gửi trả lại trạm nguồn Nếu một số hiệu cổngkhông phù hợp, trạm đích gửi thông báo lỗi lại cho trạm nguồn (cổng sẽđược trình bày trong phần giao thức tầng giao vận)

Hinh 1-9 :Gói tin thông báo lỗi không đến được đích

Kiểm tra trạm làm việc:

Khi một máy tính muốn kiểm tra một máy khác có tồn tại và đanghoạt động hay không, nó gửi một thông báo Echo Request Khi trạm đíchnhận được thông báo đó, nó gửi lại một Echo Reply Lệnh ping được sửdụng cho các thông báo này

Hình 1-10 : Gói tin thông báo đích có nhận được không

5.3 Tầng giao vận ( Transport )

Hình 1-11 : Mô hình TCP/IP và các giao thức tầng giao vận

Tầng giao thức ngay trên tầng Internet là Tầng giao vận Host Transport Layer hay thường gọi là Transport Layer) Hai giao thứcquan trọng nhất của tầng này là Transmission Control Protocol (TCP) vàUser Datagram Protocol (UDP) TCP cung cấp dịch vụ chuyển giao thôngtin có kết nối (connection-oriented), nó bao gồm cả việc kiểm tra và sửalỗi UDP cung cấp dịch vụ kém tin cậy hơn (unreliable) và không thiếtlập liên kết trước ( connectionless ) Cả hai giao thức đều chuyển giaothông tin giữa tầng ứng dụng và tầng Internet Chương trình ứng dụng cóthể lựa chọn dịch vụ nào thích hợp với nó

(Host-to-5.3.1 Giao thức không kết nối (User Datagram Protocol - UDP)

UDP cho phép chương trình ứng dụng truy cập trực tiếp đến gói tincủa dịch vụ chuyển giao giống như dịch vụ mà giao thức IP cung cấp Nócho phép ứng dụng trao đổi thông tin qua mạng với ít thông tin điều

khiển nhất UDP là giao thức không kết nối, không tin cậy vì nó không có

cơ chế kiểm tra lỗi của dữ liệu truyền

SOURCE PORT MESSAGE LENGTH

DESTINATION PORT CHECKSUM DATA

Hình 1-12 : Gói tin UDP

Source Port

Destination Port

Checksum

: Cổng nguồn : Cổng đích : Checksum kiểm tra tính toàn vẹn dữ liệu

Mỗi gói thông tin UDP gọi là một Datagram được phân làm 2 phần

header và data trong đó header chứa thông tin về địa chỉ cổng nguồn, địachỉ cổng đích, độ dài của gói và checksum

Phân kênh (Demutiplexing), hợp kênh (Multiplexing) và Cổng

(Ports)

Phân kênh, hợp kênh chính là việc lựa chọn những tiến trình ứngdụng ở lớp ứng dụng trên trong một số lớn các tiến trình sử dụng giaothức UDP và TCP Cả TCP và UDP đều sử dụng số cổng ( hay sockets )

để chọn ra những ứng dụng tương ứng với gói thông tin chuyển đến dựavào trường Source Port và Destination Port Các Port number thông dụngcủa UDP thường được dành riêng ( Well-known port assignment ) chomột số Port number vừa có thể định nghĩa các Port number khác khi cầnthiết Một số hệ điều hành còn dành chỗ tới Port number 1023, các Portnumber có thể sử dụng được là từ số 1024 trở lên

Tại nơi nhận, dựa vào thông tin trong trường Destination Port mà gói tin

đó được truyền đến cổng tương ứng với ứng dụng, các Destination Portnày là các Wellknown Port Ví dụ mọi bản TCP/IP đều có dịch vụ FTP(File Transfer Protocol) gắn với cổng 21 và TFTP (Trivial File TransferProtocol) gắn với cổng 69 của UDP

Một Port number sẽ được sinh ra khi có một ứng dụng đòi hỏi (Dynamicbinding)

Một số cổng UDP dành riêng : FTTP 69, Revert 0 , Echo 7 , DNS 53…

Ưu điểm của UDP

Nếu một số lượng lớn các gói tin nhỏ được truyền, thông tin choviệc kết nối và sửa lỗi có thể lớn hơn nhiều so với thông tin cần truyền.Trong trường hợp này, UDP là giải pháp hiệu quả nhất

Những ứng dụng kiểu "Query-Response" cũng rất phù hợp với UDP, câutrả lời có thể dùng làm sự xác nhận của một câu hỏi Nếu không nhậnđược sự trả lời sau một thời gian nào đó, ứng dụng chỉ cần gửi đi một câuhỏi khác

Một số ứng dụng đã tự nó cung cấp công nghệ riêng để chuyển giaothông tin tin cậy, và không đòi hỏi dịch vụ này của transport layer

5.3.2 Giao thức điều khiển truyền tin (Transmission Control Protocol - TCP)

Một số ứng dụng đòi hỏi giao thức giao vận cung cấp dịch vụchuyển giao thông tin tin cậy sử dụng TCP bởi nó cung cấp dịch vụ kiểmtra đúng đắn và dữ liệu được truyền với một sự phối hợp thích hợp Một

số đặc điểm của dịch vụ mà TCP cung cấp là:

Tính tin cậy ( Reliable )

TCP coi dữ liệu nó gửi đi là một dòng byte không phải là gói tin

Do đó, TCP đảm bảo số thứ tự của các byte gửi nhận Trường Sequence number và Acknowledgment number trong header của TCP giữ dấu của

các byte trong toàn bộ dòng dữ liệu truyền TCP chuẩn không bắt hệthống phải sử dụng một số đặc biệt nào để đánh số dòng byte, mỗi hệthống tự chọn một số mà nó sẽ dùng làm điểm bắt đầu Mỗi trạm cuốiphải biết số thứ tự mà trạm kia dùng Chúng phải trao đổi một segment đểđồng bộ hệ thống số sẽ được sử dụng (Synchronize sequenence number -

SYN) trong quá trình bắt tay Trường Sequent number trong SYN

segment chứa số bắt đầu (ISN) của dòng số đánh thứ tự, số này đượcchọn ngẫu nhiên Mỗi byte trong dữ liệu được giữ dấu bởi số ISN do đóbyte đầu tiên của dữ liệu mang số ISN+1 Sequent number chứa vị trí củadòng byte trong gói tin nếu ISN=0 và 4000 byte đã được chuyển giao thìcon số tiếp theo sẽ là 4001

TCP cung cấp dịch vụ tin cậy với một cơ chế gọi là "Positive

Ackowledgment with Retransmission" (PAR) Đơn giản là trạm nguồntiếp tục gửi thông tin đi cho tới khi nó nhận được thông báo dữ liệu đãđược nhận chính xác tại trạm đích Đơn vị thông tin chuyển giao giữacác ứng dụng gọi là segment, mỗi segment chứa checksum để đảm bảorằng segment không bị phá huỷ trên đường truyền, nếu segment không bịphá huỷ, trạm nhận gửi thông báo xác nhận lại trạm gửi, nếu segment bị

Receive ACK

12

Receive Paket

222

Hình 1-14 : Cơ chế truyền tin tin cậy

Chuyển giao bộ đệm ( Buffered Transfer): Để giảm số lượng

truyền thông, giao thức cố gắng sử dụng số lượng tối thiểu các segment

để truyền tải thông tin, do vậy, giao thức sử dụng tối đa độ dài có thể có

của segment Trường window trong TCP header cho biết số byte tối đa

mà trạm đích có thể nhận được, nếu trạm đích có khả năng chấp nhận

6000 byte thì trường window sẽ là 6000, trạm gửi có thể điều chỉnh lại dữ

liệu cho phù hợp Nếu trường window mang giá trị 0 có nghĩa là trạm gửi

phải chờ tới khi nhận được một số khác 0

Kết nối có định hướng (Connection Oriented )

TCP/IP cung cấp kết nối cho cả hai đầu của liên kết Điều này cónghĩa là tầng phía dưới cung cấp khả năng gửi trả thông báo từ trạm đíchtrở lại trạm nguồn TCP là giao thức hướng kết nối Nó thiết lập quan hệlogic giữa 2 trạm tham gia liên kết Thông tin điều khiển gọi là handshakeđược trao đổi giữa 2 trạm để thiết lập hội thoại trước khi thông tin đượctruyền TCP chỉ dẫn chương trình điều khiển của một segment bằng cáchđặt một bit dành riêng của cờ tại từ thứ 4 của segment header Kiều bắt

tay của TCP gọi là three way handshake bởi vì 3 segment được trao đổi.

Trạm A bắt đầu kết nối bằng cách gửi một segment với bit Synchronizesequenence number (SYN) Segment này báo cho trạm B thứ tự trạm A

sẽ sử dụng cho những segment của nó gửi, số thứ tự này đảm bảo cho dữliệu một trật tự thích hợp Trạm B đáp lại trạm A với một segment vớibit Acknowledgment (ACK) và SYN được đặt Segment của B thông báorằng nó đã nhận được thông báo của A và báo cho A biết số thứ tự mà nó

sẽ sử dụng Cuối cùng, A gửi một segment báo cho B nó đã nhận đượcthông báo và truyền gói dữ liệu đầu tiên Chú ý rằng, gói tin thứ nhấtchứa bit SYN và các gói tiếp theo chứa bit ACK Sau khi trao đổi, trạm

A xác định hiển nhiên trạm đích tồn tại và đã sẵn sàng nhận dữ liệu Ngaysau khi kết nối được thiết lập, dữ liệu có thể truyền Khi kết thúc hợp táctruyền giao dữ liệu, chúng sẽ trao đổi three way hanshake chứa bit thôngbáo hết dữ liệu truyền No more data from sender gọi là (FIN) để kết thúckết nối Đó là sự trao đổi giữa hai trạm cung cấp một kết nối logic giữahai hệ thống

Hình 1-15 : Cơ chế bắt tay 3 chiều

Gói tin TCP

SEQUENCE NUMBER ACKNOWLEDGMENT NUMBER OFFSE RESERVED

Hình 1- 16 : Gói tin TCP Source Port

: Cờ chỉ dẫn : Số byte tối đa trạm đích có thể nhận : Checksum kiểm tra tính toàn vẹn : Độ dài dữ liệu khẩn đi sau

Padding

Data

: Tuỳ chọn : Phần điền thêm vào các con số 0 : Dữ liệu bắt đầu tại đây

TCP cũng dùng các port number giống như UDP để gán cho cácứng dụng và cho phép truy cập tới các ứng dụng này thông qua các portnumber đó Các cổng rành riêng có giá trị nhỏ hơn 1024 Dưới đây làmột số cổng dành riêng hay dùng:

Telnet 23 , FTP 21, SMTP 25, DSN 53 …

5.4 Tầng ứng dụng của TCP/IP

Mô hình và các giao thức

Hình 1-17 : Mô hình TCP/IP và các giao thức tầng ứng dụng

5.4.1 Dịch vụ tên miền (Domain Name Service - DNS)

Việc định vị các máy tính trên mạng bằng các địa chỉ IP có nhiềulợi điểm như đã trình bày ở phần trên, tuy nhiên với người sử dụng, việcnhớ các con số đó là một việc tẻ nhạt khó chịu Hơn nữa, địa chỉ IP khôngmang thông tin về địa lý, tổ chức hay người dùng Vì thế, người ta xâydựng hệ thống đặt tên gọi là Domain Name Server để cung cấp cho ngườidùng cách đặt tên cho các máy tính với cách đặt tên thông thường quenthuộc

Một domainame thông thường có dạng:

Tên_người_dùng@Tên_miền

với tên miền được phân làm các cấp nối với nhau bởi dấu “.” Tên miềnđược NIC cung cấp.

Một máy tính có thể có nhiều tên nhưng trên mạng, mỗi tên là duy nhất.Việc ánh xạ địa chỉ IP vào tên miền được thực hiện bởi các Name Servercài đặt tại máy Server và Name Resolver cài đặt trên máy trạm

5.4.2 Đăng nhập từ xa (Telnet)

Telnet cho phép người sử dụng từ một trạm làm việc của mình A

có thể đăng nhập (login) vào một trạm xa B như là một đầu cuối (teminal)nối trực tiếp với trạm xa đó Trên đường từ A đến B qua Telnet Client gửithông báo qua mạng đến Telnet Server sau đó Telnet Server mới gửithông tin đến máy tính thực hiện

Để đăng nhập vào một máy tính ta đánh lệnh:

telnet [domain name | IP address]

5.4.3 Thư điện tử (Electronic Mail)

Dịch vụ này sử dụng giao thức SMTP (Simple Mail Transfer

Protocol) trong họ giao thức TCP/IP

Đặc điểm của dịch vụ thư điện tử là không tức thời (off-line) - tất cả cácyêu cầu gửi đi không đòi hỏi phải được xử lý ngay lập tức

Khi người sử dụng gửi một bức thư, hệ thống sẽ chuyển thư này vào mộtvùng riêng (gọi là spool) cùng với các thông tin về người gửi, ngườinhận, địa chỉ máy nhận Hệ thống sẽ chuyển thư đi bằng một chươngtrình chạy nền (background) Chương trình gửi thư này sẽ xác định địachỉ IP máy cần gửi tới, tạo một liên kết với máy đó Nếu liên kết thànhcông, chương trình gửi thư sẽ chuyển thư tới vùng spool của máy nhận.Nếu không thể kết nối với máy nhận thì chương trình gửi thư sẽ ghi lạinhững thư chưa được chuyển và sau đó sẽ thử gửi lại một lần nó hoạtđộng Khi chương trình gửi thư thấy một thư không gửi được sau mộtthời gian quá lâu (ví dụ 3 ngày) thì nó sẽ trả lại bức thư này cho ngườigửi

5.4.4 Giao thức truyền tệp (File Transfer Protocol - FTP)

Đây là một phương pháp tải files từ một máy tính ở xa về máy tínhcủa người dùng hoặc về các thiết bị mạng như Router, ta có thể ngồi tạimáy tính của mình truyền hoặc lấy file trên một máy chủ nào đó

6 Cơ chế địa chỉ Internet ( Addressing )

Mạng Internet dùng hệ thống địa chỉ Ipv4 (32 bit) để xác định cácmáy tính liên kết với nó Có hai cách đánh địa chỉ phụ thuộc vào cách liênkết của từng máy tính cụ thể :

Nếu các máy tính được kết nối trực tiếp với mạng Internet thì trung tâmthông tin Internet (Network Information Centre-NIC) sẽ cấp cho các máytính đó một địa chỉ IP (IP Address)

Nếu các máy tính không kết nối trực tiếp với mạng Internet mà thông quamột mạng cục bộ thì người quản trị mạng sẽ cấp cho các máy tính đó mộtđịa chỉ IP (tuy nhiên cũng dưới sự cho phép của NIC)

Hệ thống địa chỉ này được thiết kế qua một sự phân lớp, có 5 lớp địa chỉ

IP là : A, B, C, D, E Sự khác nhau cơ bản giữa các lớp địa chỉ này là ởkhả năng tổ chức các cấu trúc con của nó

Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu về 3 lớp địa chỉ chính của TCP/IP đó làcác lớp A, B, C là các lớp được sử dụng rộng rãi trên mạng Internet

Hình 1-18 : Cấu trúc địa chỉ lớp A.B và C

Có 126 địa chỉ lớp A (được đánh địa chỉ trong byte thứ nhất) với số máy

tính trong mạng là - 2 = 16.777.214 máy cho mỗi một địa chỉ lớp

A Địa chỉ lớp A thường được cấp cho những tổ chức có số lượng máytính lớn

Nguyên nhân chỉ có 126 networks trong khi dùng 8 bit vì bit đầu tiênmang giá trị 0 dùng để định nghĩa lớp A vậy con lại 7 bit đánh số từ 0-

127 tuy nhiên người ta không sử dụng một địa chỉ chứa toàn các con số 1hoặc 0 do vậy, chỉ còn lại 126 mạng lớp A được sử dụng Do vậy giá trịbyte đầu tiên của địa chỉ lớp A sẽ luôn luôn nằm trong khoảng từ 1 tới

126, mỗi một byte trong 3 bytes còn lại sẽ có giá trị trong khoảng 1 đến254

Đối với việc chỉ có 16.777.214 máy trong khi sử dụng 24 bit đánh địa chỉmáy trong mạng cũng được giải thích tương tự

b Địa chỉ lớp B

Một địa chỉ lớp B được nhận ra bởi 2 bit đầu tiên của byte thứ nhấtmang giá trị 10 Lớp B sử dụng 2 byte đầu tiên của 4 byte để đánh địa chỉmạng và 2 byte cuối đánh địa chỉ máy trong mạng Địa chỉ mạng thuộcnằm trong dảI 128.0.0.0 191.255.0.0

Có 64*256 - 2 = 16.128 địa chỉ mạng lớp B với 65.534 máy cho mỗi mộtđịa chỉ lớp B

Tất cả các địa chỉ trên đều không được sử dụng để đánh địa chỉ cho host.

d Mạng con ( Subnet ) và Mặt nạ mạng con ( Subnets Mask)

Mạng Internet sử dụng địa chỉ Ipv4 32 bit và phân chia ra các lớp,tuy nhiên, với một hệ thống địa chỉ như vậy việc quản lý vẫn rất khókhăn Nếu như một mạng được cấp một địa chỉ lớp A thì có nghĩa nóchứa tới 16*1.048.576 máy tính, do vậy người ta dùng mặt nạ bit để phânchia mạng ra thành những mạng con gọi là Subnet Subnet mask là mộtcon số 32 bit bao gồm n bit 1 (thường là các bit cao nhất) dùng để đánhđịa chỉ mạng con và m bit 0 dùng để đánh địa chỉ máy trong mạng convới n+m=32

0Network Number

16Host NumberNetwork Number Subnet Number Host Number

Hình 1-19 : Mạng con và mặt nạ

Mặt nạ subnet phải được cấu hình cho mỗi máy tính trong mạng và phảiđược định nghĩa cho mỗi giao diện Router Như vậy, ta phải dùng cùngmột Subnet mask cho toàn bộ mạng vật lý cùng chung một địa chỉ

Internet Trong thực tế, để dễ dàng cho hoạt động quản lý các trạm trongmạng, thường phân mảnh các mạng lớn trong các lớp mạng (A, B, C)thành các mạng nhỏ hơn Các mạng nhỏ này gọi là các subnet Quá trìnhnày được thực hiện bằng cách lấy một số bit ở phần định danh host để sửdụng cho việc đánh địa chỉ mạng Tuỳ theo cách sử dụng của người quảntrị mạng ( số subnet và số host trên mỗi subnet) mà số lượng bit lấy ởphần hostid nhiều hay ít

Để tách biệt giữa địa chỉ mạng và địa chỉ host người ta dùng netmask Đểtách biệt giữa subnet address và địa chỉ host người ta dùng subnet mask

e Hostname

Việc nhớ địa chỉ IP định danh mỗi host trở nên khó khăn khi sốlượng các host trên mạng lớn Khái niệm hostname sẽ giải quyết vấn đềnày Hostname là tên mà người quản trị đặt cho một thiết bị mạng (có thể

là Router hoặc máy tính ) để dễ quản lý về mặt hành chính Mỗi thiết bịtrên mạng thường có một hostname và địa chỉ IP tương ứng Trên mạng,một host chỉ được xác thực bằng địa chỉ IP của nó Do đó để host có thểhoạt động được trên mạng thì hostname phải đươc chuyển đổi sang địachỉ IP tương ứng với nó Để thực hiện được việc chuyển đổi này người ta

có thể dùng các cơ chế tạo bảng hostname table hoặc Domain NameService (DNS) cho phép lưu các ánh xạ từ địa chỉ IP sang hostnametương ứng và ngược lại

2 Phân loại

Có nhiều cách phân loại định tuyến

Định tuyến tập trung: Định tuyến tập trung thường trong các

"mạng thông minh" mà các node mạng tự nó giữ sự liên quan đơn giản.Các tuyến được tính toán tập trung tại một bộ xử lí tuyến và sau đó phân

bố chúng ra các Router trên mạng bất cứ khi nào sự cập nhật được yêucầu Hay nó cách khác được đặc trưng bởi sự tồn tại của một ( hoặc vài )trung tâm điều khiển mạng thực hiện việc định tuyến sau đó nó gửi cácbảng định tuyến tới tất cả các nút dọc theo con đường dã chọn đó Theocách này thì các nút mạng có thể hoặc không gửi bất kỳ thông tin nào vềtrạng

thái của chúng tới trung tâm, hoặc gửi theo định kỳ hoặc chỉ gửi khi trạngthái mạng thay đổi

Định tuyến phân tán : Các vùng phân chia thành các vùng tự trị

AS ( autonomous system ) Các thành phần trong một AS chỉ biết về nhau

mà không quan tâm tới các thành phần trong AS khác, khi có yêu cầu cầugiao tiếp với các AS khác sẽ thông qua thành phần ở biên AS.Từ đó cácgiao thức định tuyến được chia thành giao thức trong cùng một AS là IGP( Interior Gateway Protocol) và giao thức giao tiếp giữa các AS là EGP( Exterior Gateway Protocol)

Định tuyến trong ( Interior Routing ): Định tuyến trong sảy ra

bên trong một hệ thống độc lập ( AS ) , phần tử có thể định tuyến cơ bản

là mạng hoặc mạng con IP, các giao thức thường dùng là RIP, IGRP,OSPF, EIGRP

Định tuyến ngoài ( Exterior Routing ): Định tuyến ngoài xảy ra

giữa các hệ thống độc lập , và liên quan tới dịch vụ của nhà cung cấpmạng sử dụng giao thức định tuyến ngoài rộng và rất phức tạp Phần tử

cơ bản có thể được định tuyến là hệ thống độc lập (AS) Giao thức địnhtuyến ngoài hay sử dụng là BGP, hiện nay là BGPv4…

3.Thuật ngữ định tuyến thông dụng

Khi nói đến định tuyến ta không thể không nói tới các khái niệmsau:

Bảng định tuyến ( routing table ): Các Host và Router trênInternet đều chứa một bảng định tuyến để tính toán các chặn tiếp theo chogói tin Bảng định tuyến này gán tương ứng mỗi địa chỉ đích với một địachỉ Router cần đến ở chặng tiếp theo Địa chỉ đích trong bảng định tuyến

có thể bao gồm cả địa chỉ mạng, mạng con và hệ thống độc lập Trongbảng định tuyến có thể bao gồm một tuyến mặc định được biểu diễn bằngđịa chỉ 0.0.0.0

Bảng định tuyến có thể được tạo ra bởi người quản trị mạng từ sự trao đổithông tin định tuyến giữa các Router bằng các giao thức định tuyến động

Bảng định tuyến có nhiều dạng nhưng dạng đơn giản và phổ biến nhất cóthể diễn đạt được toàn bộ topo mạng bao gồm các thông tin sau :

-Địa chỉ đích của mạng, mạng con hoặc hệ thống độc lập

-Địa chỉ IP của giao diện Router kế tiếp phải đến

-Giao tiếp vật lý trên Router phải sử dụng để đến chặng kế tiếp.-Mặt nạ mạng của địa chỉ đích

-Thời gian ( tính theo giây ) từ khi Router cập nhật lần cuối

-Tham số AD, Metric hay cost cho mỗi tuyến đường

-Cách thức router học được mạng đó ( động hay tĩnh, …)

Ví dụ sau minh họa một bảng định tuyến đơn giản của router:

Hình 2-1 : Bảng định tuyến

Khi một Router khởi động nó chỉ biết về những giao diện kết nối trực tiếpvới nó, các giao diện này xuất hiện trong bảng định tuyến được đánh đấubằng chữ C trong cột đầu tiên của bảng

Nếu Router đang chạy một giao thức định tuyến, bảng định tuyến sẽ tạothêm ra các thực thể cho mỗi kết nối mà nó biết về mạng đó Được đánhdấu bằng các chữ cái R ( RIP), I ( IGRP ), O (OSPF)

Khi một gói tin được nhận trường địa chỉ đích của nó được lấy ra, Routertìm kiếm trong bảng định tuyến của mình xem có thực thể nào phù hợp

không Nếu có thì gói tin sẽ được chuyển đến chặng kế tiếp bằng việc đưagói tin ra giao diện vật lý phù hợp trên Router theo bảng định tuyến Mặtkhác các gói tin sẽ được gửi đến giao diện được cấu hình mặc định ( nếu

có ), hoặc gói tin sẽ bị loại bỏ

Administrative distance (AD): Là một cách thức mà Cisco

Router sử dụng để đánh giá độ trung thực của thông tin định tuyến Mỗigiao thức định tuyến được gán một độ trung thực thông tin mặc định, vớimột giao thức tốt hơn thì giá trị AD nhỏ hơn Dải giá trị AD là 0-255trong đó giá trị 0 được sử dụng cho những tuyến kết nối trực tiếp vàoRouter

Khi một Router của Cisco nhận thông tin định tuyến, thông tin này đượcđánh giá và một tuyến hợp lệ được đặt vào bảng định tuyến của Router

Có thể một Router hoạt động nhiều giao thức và nhận được thông tin địnhtuyến cho cùng một tuyến qua 2 giao thức khác nhau Router sẽ quyếtđịnh lựa chọn sử dụng giao thức nào dựa vào một trọng số Mỗi giao thứcđược đánh trọng số khác nhau, ta có bảng trọng số như sau: