Bài giảng mạng máy tính (lê minh) chương 4

5/22/2011 LOGO C4 TẦNG MẠNG Giới thiệu Giao thức IP Định tuyến Biên soạn : Lê Minh LOGO I Giới thiệu Chuyển segment từ máy tính gởi tới máy tính nhận Các giao thức tầng mạng hoạt động máy tính gởi/nhận thiết bị mạng trung gian ( router) 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 application transport network data link physical Biên soạn : Lê Minh 5/22/2011 LOGO I Giới thiệu Máy tính gởi: nhận segment từ tầng giao vận, đóng gói thành datagram Máy tính nhận: chuyển segment lên tầng giao vận Router: kiểm tra chuyển tiếp datagram 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 application transport network data link physical Biên soạn : Lê Minh LOGO I Giới thiệu Chức tầng mạng: Định tuyến (routing): xác định đường cho gói tin để từ nơi gởi tới nơi nhận • Chạy thuật toán định tuyến router để xác định “đường đi” Chuyển tiếp (forwarding): chuyển gói tin từ ngõ vào router đến ngõ tương ứng Biên soạn : Lê Minh 5/22/2011 LOGO Giới thiệu I Các giao thức tầng mạng: Transport layer: TCP, UDP Network layer Giao thức IP •Định địa IP •Định dạng gói tin datagram •Nguyên tắc xử lý datagram Giao thức định tuyến •Lựa chọn đường •RIP, OSPF, BGP forwarding table Giao thức ICMP •Thông báo lỗi •Trao đổi thông tin Link layer physical layer Biên soạn : Lê Minh LOGO II Giao thức IP Đặc điểm: Là giao thức không hướng kết nối Là giao thức không tin cậy Quy định: Định dạng gói tin tầng mạng (IP datagram) Cách thức đánh địa IP cho hệ thống Cơ chế phân mảnh hợp datagram Biên soạn : Lê Minh 5/22/2011 LOGO Định dạng IP datagram Phiên Giao thức IP Chiều dài header (bytes) Kiểu liệu Thời gian sống 32 bits head type of length len service fragment 16-bit identifier flgs offset time to upper Internet layer live checksum ver Chiều dài datagram (bytes) Dùng đề Phân mảnh/ hợp gói tin 32 bit source IP address Kiểu giao thức tầng 32 bit destination IP address Options (if any) Tùy chọn Dữ liệu (độ lớn không cố định, Thường TCP hay UDP segment) Biên soạn : Lê Minh LOGO Định dạng IP datagram 32 bits head type of length len service fragment 16-bit identifier flgs offset time to upper Internet layer live checksum ver 32 bit source IP address 32 bit destination IP address Options (if any) Dữ liệu (độ lớn không cố định, Thường TCP hay UDP segment) Biên soạn : Lê Minh 5/22/2011 LOGO Phân mảnh hợp datagram Mỗi đường truyền có MTU khác nhau: độ dài lớn frame liệu Các IP datagram lớn chia nhỏ bên mạng: Mỗi datagram trở thành nhiều datagram nhỏ Hợp datagram đích cuối Biên soạn : Lê Minh LOGO Phân mảnh hợp datagram Ví dụ: IP datagram có chiều dài 4000 byte đường truyền có MTU 1500 byte length ID fragflag =4000 =x =0 offset =0 Datagram chia thành datagram nhỏ hơn: length ID fragflag =1500 =x =1 offset =0 length ID fragflag offset =1500 =x =1 =1480 length ID fragflag offset =1040 =x =0 =2960 Biên soạn : Lê Minh 5/22/2011 LOGO Địa IP V.4 Địa IP: số 32 bit dùng để định danh cho cổng (interface) thiết bị mạng Cổng: kết nối thiết bị với đường truyền vật lý 223.1.1.1 223.1.2.1 223.1.1.2 223.1.1.4 223.1.1.3 223.1.3.1 223.1.2.9 223.1.3.27 223.1.2.2 223.1.3.2 Biên soạn : Lê Minh LOGO Địa IP v.4 Thành phần địa IP v.4: Cách viết: 32 bit chia thành octet, octet cách dấu chấm Thường viết dạng thập phân xxx.xxx.xxx.xxx Gồm thành phần chính: • Class bit: bit nhận dạng lớp • Net ID: phần nhận dạng mạng • Host ID: phần nhận dạng máy Biên soạn : Lê Minh 5/22/2011 LOGO Địa IP v.4 Phân lớp địa IPv4: chia thành lớp A,B,C,D E Network Lớp A: (7 bits) Lớp B: Network( Host (24 bits) 14 bits) Host (16bits) Network( 21 bits) Host (8bits) Lớp C: 110 Lớp D: 1110 Multicast address Lớp E: 1111 Future use addresses Biên soạn : Lê Minh LOGO Địa IP v.4 Nguyên tắc: không dùng IP có tất bit phần host id để đánh địa Lớp A: Net id: phạm vi - 126 Host id: phạm vi 0.0.1 – 255.255.254 Ví dụ: 110.10.3.5 • Địa mạng? Địa máy? Số lượng mạng lớp A? Số lượng máy Biên soạn : Lê Minh mạng? 5/22/2011 LOGO Địa IP v.4 Lớp B: Net id: phạm vi 128.0 – 191.255 Host id: phạm vi 0.1 – 255.254 Ví dụ: 151.2.255.4 • Địa mạng? Địa máy? • IP khác địa mạng với IP trên? Số lượng mạng lớp B? Số lượng máy mạng? Biên soạn : Lê Minh LOGO Địa IP v.4 Lớp C: Net id: phạm vi 192.0.0 – 223.255.255 Host id: phạm vi – 254 Ví dụ: 203.0.1.254 • Địa mạng? Địa máy? • IP khác địa mạng với IP trên? Số lượng mạng lớp C? Số lượng máy mạng? Biên soạn : Lê Minh 5/22/2011 LOGO Địa IP v.4 Các thiết bị (máy tính, router…) xác định địa mạng địa máy nào? Mặt nạ mạng (net mask): Vd: • IP: 154.210.2.65 • net mask: 255.255.0.0 Quy định viết địa chỉ: IP/số bit mask Vd: 154.210.2.65/16 Biên soạn : Lê Minh LOGO Địa IP V.4 Mạng (subnet): Lấy thêm số bit phần host id làm net id (subnet id) Xác định mặt nạ mạng (subnet mask) • Vd: 223.2.5.129/ 26 • Địa mạng? Địa máy (host)? Mặt nạ mạng (subnet mask)? Biên soạn : Lê Minh 5/22/2011 LOGO Địa IP V.4 Mạng (subnet): Số lượng mạng tạo từ địa mạng gốc: (2n) mạng • n : số bit lấy từ phần host id ban đầu • Vd: – địa mạng lớp C gốc 223.2.5.0/24, lấy bit phần host id để chia subnet – Số lượng mạng thành lập từ địa mạng 22 = mạng Biên soạn : Lê Minh LOGO Địa IP v.4 Một số địa IP đặc biệt: Địa loopback: 127.0.0.1 Địa mạng : địa có tất bit phần host id Địa quảng bá (broadcast) địa có tất bit phần host id 255.255.255.255 : địa quảng bá cục (local broadcast) Biên soạn : Lê Minh 10 5/22/2011 LOGO Địa IP v.4 IP riêng (private) IP chung (puplic): IP riêng: dành riêng cho mạng nội • Mạng riêng lớp A: 10.0.0.0 /8 • Mạng riêng lớp B: 172.16.0.0 /12 • Mạng riêng lớp C: 192.168.0.0 /16 IP chung: quản lý tổ chức InterNic Biên soạn : Lê Minh LOGO III Định tuyến Mục tiêu: xác định đường “tốt nhất” mạng từ nút gởi đến nút nhận v w u x z y Việc định tuyến thực router Chạy thuật toán định tuyến để xác định đường Mỗi router có bảng định tuyến (routing table) Biên soạn : Lê Minh 11 5/22/2011 LOGO III Định tuyến Dùng đồ thị để xây dựng thuật toán định tuyến v w u x z y Nút : router Đường liên kết (link): kết nối trực tiếp nút với Biên soạn : Lê Minh LOGO III Định tuyến v w u x z y Chi phí đường liên kết (cost of link, ký hiệu c(a, b) ): phụ thuộc vào băng thông, mức độ tắt nghẽn, thời gian trễ … • Ví dụ: c(u,w) = Chi phí đường (cost of path) : tổng chi phí đường liên kết từ nguồn tới đích Định tuyến : xác định đường có tổng chi phí đường nhỏ từ nguồn tới đích Biên soạn : Lê Minh 12 5/22/2011 LOGO Phân loại thuật toán định tuyến Theo quy mô: định tuyến toàn cục (global routing) hay phân tán (decentralized routing) Toàn cục: • Các router phải có đầy đủ thông tin topology mạng link cost • Thuật toán Link State Phân tán: • Router biết thông tin router láng giềng (kết nối trực tiếp) tới • Thuật toán Distance vector Biên soạn : Lê Minh LOGO Phân loại thuật toán định tuyến Theo tính chất: định tuyến tĩnh (static routing) hay định tuyến động (dynamic routing) Tĩnh: • Thông số định tuyến thường thay đổi theo thời gian Động: • Thông số định tuyến thay đổi nhanh chóng theo chu kỳ theo thay đổi cấu trúc đường truyền Biên soạn : Lê Minh 13 5/22/2011 LOGO Định tuyến tĩnh Bảng định tuyến (routing table) router hệ thống thiết lập người quản trị Không tự động cập nhật bảng định tuyến có thay đổi cấu trúc mạng Thiết lập bảng định tuyến cho router: dùng câu lệnh ip route địa mạng đích netmask exit interface ip route địa mạng đích netmask next-hoop interface address Biên soạn : Lê Minh LOGO Định tuyến tĩnh Ví dụ: cho hệ thống mạng Định tuyến tĩnh cho router?? Kết quả: mophong\static_routing.pkt Biên soạn : Lê Minh 14 5/22/2011 LOGO Thuật toán định tuyến Link state Thuật toán Dijkstra Tất nút mạng biết topo mạng chi chí đường liên kết mạng Tính toán chi phí đường thấp từ nút (nguồn) đến tất nút lại Sau vài bước tính toán xác định chi phí đường thấp tới nút đích Ký hiệu: • c(x,y) : chi phí đường liên kết từ nút x tới nút y, = ∞ nút y không kết nối trực tiếp tới x • D(v): chi phí đường từ nguồn tới v • p(v): nút kế cận trước v đường tới v • N: tập hợp nút xác định đường Biên soạn : Lê Minh LOGO Thuật toán định tuyến Link state Hoạt động: khởi tạo: N' = {u} for( tất nút v) if (v kết nối trực tiếp với u ) then ( D(v) = c(u,v) ) else D(v) = ∞ Lặp : Tìm nút w không N' có D(w) nhỏ thêm w vào N' Cập nhật D(v) cho tất nút v kết nối trực tiếp tới w không N' : D(v) = min( D(v), D(w) + c(w,v) ) dừng lại tất cảcác nút có N' Biên soạn : Lê Minh 15 5/22/2011 LOGO Thuật toán định tuyến Link state Ví dụ: v w u Bước N' u ux uxy uxyv uxyvw uxyvwz x z y D(v),p(v) D(w),p(w) 2,u 5,u 2,u 4,x 2,u 3,y 3,y D(x),p(x) 1,u D(y),p(y) ∞ 2,x D(z),p(z) ∞ ∞ 4,y 4,y 4,y Biên soạn : Lê Minh LOGO Thuật toán định tuyến Distance Vector Ý tưởng: Gọi dv(z): chi phí đường thấp từ v tới z c(u,v) : chi phí đường liên kết từ u tới nút v kế cận với Khi đó: du(z) = min{c(u,v)+ dv(z) ,c(u,x) + dx(z), c(v,w) + dw(z)} = min{ + 5, + 3, + }=4 v w u x z y Biên soạn : Lê Minh 16 5/22/2011 LOGO Thuật toán định tuyến Distance Vector Thuật toán D-V: Mỗi nút: • Biết chi phí đường link (c ) từ tới nút kế cận • Biết chi phí đường (d ) nhỏ từ nút kế cận tới nút đích • Tính toán đươc chi phí đường nhỏ từ tới đích v w u x z y Việc gởi ( quảng bá) thông số tiến hành theo chu kỳ Mỗi nút gởi thông số chi phí đường nhỏ từ tới đích cho nút kế cận Biên soạn : Lê Minh LOGO Thuật toán định tuyến Distance Vector Ví dụ: y z x Biên soạn : Lê Minh 17 5/22/2011 LOGO Định tuyến phân cấp Chia router thành vùng nhỏ, gọi miền tự quản (AS: Autonomous System) 3c 3a AS3 3b 2a 1c 1a 1d 2c 2b AS2 1b AS1 Các router miền AS chạy thuật toán định tuyến nội miền ( intra-AS routing protocol) Các router miền AS khác chạy thuật toán định tuyến khác Biên soạn : Lê Minh LOGO Định tuyến phân cấp Gateway Router : nối miền AS lại với Gateway Router 3c 3b 3a AS3 2a 1c 1a 1d 2c 2b AS2 1b AS1 Chạy thuật toán: • Định tuyến nội miền (Intra-AS routing) • Định tuyến liên miền Intra-AS Routing algorithm Inter-AS Routing algorithm Routing table (Inter-AS routing) Biên soạn : Lê Minh 18 5/22/2011 LOGO Giao thức định tuyến động Các giao thức định tuyến nội miền : RIP, OSPF, EIGRP Giao thức định tuyến liên miền : BGP RIP (Routing Information Protocol) Dùng thuật toán Distance Vector Chi phí đường : số lượng router phải qua để tới đích (hoop-count) Trao đổi bảng định tuyến theo chu kỳ 30s OSPF (Open Shortest Path First) Dùng thuật toán định tuyến Link State Biên soạn : Lê Minh 19 [...]...5/22/2011 LOGO 3 Địa chỉ IP v .4 IP riêng (private) và IP chung (puplic): IP riêng: dành riêng cho các mạng nội bộ • Mạng riêng lớp A: 10.0.0.0 /8 • Mạng riêng lớp B: 172.16.0.0 /12 • Mạng riêng lớp C: 192.168.0.0 /16 IP chung: được quản lý bởi tổ chức InterNic Biên soạn : Lê Minh LOGO III Định tuyến Mục tiêu: xác định đường đi “tốt nhất” trên mạng từ nút gởi đến nút nhận 5 v 3 w 2 u 2... soạn : Lê Minh 15 5/22/2011 LOGO 3 Thuật toán định tuyến Link state Ví dụ: 5 v 3 w 2 u 2 1 Bước N' 0 u 1 ux 2 uxy 3 uxyv 4 uxyvw 5 uxyvwz x z 1 3 1 5 y D(v),p(v) D(w),p(w) 2,u 5,u 2,u 4, x 2,u 3,y 3,y 2 D(x),p(x) 1,u D(y),p(y) ∞ 2,x D(z),p(z) ∞ ∞ 4, y 4, y 4, y Biên soạn : Lê Minh LOGO 4 Thuật toán định tuyến Distance Vector Ý tưởng: Gọi dv(z): chi phí đường đi thấp nhất từ v tới z c(u,v) : chi phí đường... mophong\static_routing.pkt Biên soạn : Lê Minh 14 5/22/2011 LOGO 3 Thuật toán định tuyến Link state Thuật toán Dijkstra Tất cả các nút mạng đều biết được topo mạng và chi chí các đường liên kết của cả mạng Tính toán chi phí đường đi thấp nhất từ một nút (nguồn) đến tất cả các nút còn lại Sau một vài bước tính toán sẽ xác định được chi phí đường đi thấp nhất tới nút đích Ký hiệu: • c(x,y) : chi phí đường liên kết từ nút... tuyến khi có sự thay đổi về cấu trúc mạng Thiết lập bảng định tuyến cho router: dùng câu lệnh ip route địa chỉ mạng đích netmask exit interface ip route địa chỉ mạng đích netmask next-hoop interface address Biên soạn : Lê Minh LOGO 2 Định tuyến tĩnh Ví dụ: cho hệ thống mạng Định tuyến tĩnh cho các router?? Kết quả: mophong\static_routing.pkt Biên soạn : Lê Minh 14 5/22/2011 LOGO 3 Thuật toán định tuyến... dv(z) ,c(u,x) + dx(z), c(v,w) + dw(z)} = min{ 2 + 5, 1 + 3, 5 + 3 } =4 5 v 3 w 2 u 2 1 x 3 1 5 z 1 y 2 Biên soạn : Lê Minh 16 5/22/2011 LOGO Thuật toán định tuyến Distance Vector 4 Thuật toán D-V: 5 Mỗi nút: • Biết chi phí đường link (c ) từ nó tới các nút kế cận • Biết chi phí đường đi (d ) nhỏ nhất từ các nút kế cận tới nút đích • Tính toán đươc chi phí đường đi nhỏ nhất từ nó tới đích v 3 w 2 u 2... (decentralized routing) Toàn cục: • Các router phải có đầy đủ thông tin về topology của mạng cũng như link cost • Thuật toán Link State Phân tán: • Router chỉ biết các thông tin về router láng giềng (kết nối trực tiếp) tới nó • Thuật toán Distance vector Biên soạn : Lê Minh LOGO 1 Phân loại thuật toán định tuyến Theo tính chất: định tuyến tĩnh (static routing) hay định tuyến động (dynamic routing) Tĩnh:... Việc gởi ( quảng bá) thông số được tiến hành theo chu kỳ Mỗi nút sẽ gởi thông số chi phí đường đi nhỏ nhất từ nó tới đích cho các nút kế cận Biên soạn : Lê Minh LOGO Thuật toán định tuyến Distance Vector 4 Ví dụ: y 2 1 z x 7 Biên soạn : Lê Minh 17 5/22/2011 LOGO 5 Định tuyến phân cấp Chia các router thành các vùng nhỏ, gọi là các miền tự quản (AS: Autonomous System) 3c 3a AS3 3b 2a 1c 1a 1d 2c 2b AS2 1b ... Số lượng mạng lớp C? Số lượng máy mạng? Biên soạn : Lê Minh 5/22/2011 LOGO Địa IP v .4 Các thiết bị (máy tính, router…) xác định địa mạng địa máy nào? Mặt nạ mạng (net mask): Vd: • IP: 1 54. 210.2.65... lượng mạng lớp B? Số lượng máy mạng? Biên soạn : Lê Minh LOGO Địa IP v .4 Lớp C: Net id: phạm vi 192.0.0 – 223.255.255 Host id: phạm vi – 2 54 Ví dụ: 203.0.1.2 54 • Địa mạng? Địa máy? • IP khác địa mạng. .. lượng máy Biên soạn : Lê Minh mạng? 5/22/2011 LOGO Địa IP v .4 Lớp B: Net id: phạm vi 128.0 – 191.255 Host id: phạm vi 0.1 – 255.2 54 Ví dụ: 151.2.255 .4 • Địa mạng? Địa máy? • IP khác địa mạng với