Kiến Trúc Phân Tầng Và Mô Hình OSI

I.5 Kiến trúc phân tầng mô hình OSI I.5.1 Kiến trúc phân tầng Để gảim độ phức tạp việc thiết kế cài đặt mạng, hầu hết máy tính có phân tích thiết kế theo quan điểm phân tầng (layering) Mỗi hệ thống thành phần mạng xem cấu trúc đa tầng, tầng xây dựng sở tầng trước Số lượng tầng tên chức tầng phụ thuộc vào nhà thiết kế Trong mục đích tầng để cung cấp số dịch vụ định cho tầng cao Hệ thống A Tầng N Hệ thống B Giao thức tầng N Tầng i + Tầng i Tâng i - Giao thức tầng i+1 Giao thức tầng i Giao thức tầng i-1 Tầng Tầng N Tầng i + Tầng i Tâng i - Giao thức tầng Tầng Đường truyền vật lý Hình 1.11: Minh hoạ kiến trúc phân tầng tổng quát Nguyên tắc kiến trúc mạng phân tầng là: Mỗi hệ thống mạng có cấu trúc tầng (số lượng tầng, chức tầng) Sau xác định số lượng tầng chức tầng việc quan trọng cần làm định nghĩa mối quan hệ hai tầng kế (giao diện) mối quan hệ hai tầng đồng mức hai hệ thống kết nối với (giao thức) Trong thực tế liệu không truyền trực tiếp từ tầng thứ i hệ thống sang tầng thứ i hệ thống khác (trừ tầng thấp trực tiếp sử dụng đường truyền) mà liệu bên hệ thống gửi (sender) truyền sang hệ thống nhận (receiver) đường truyền vật lý ngược lên tầng Giữa hai hệ thống kết nối với có tầng thấp có liên kết vật lý tầng cao liên kết logic (hay liên kết ảo) đưa vào để hình thức hoá hoạt động mạng thuận tiện cho việc thiết kế cài đặtk phần mềm truyền thông I.5.2 Mô hình OSI Khi thiết kế, nhà thiết kế phải tự lựa chọn kiến trúc mạng riêng Từ dẫn đến tình trạng không tương thích mạng: phương pháp truy nhập đường truyền khác nhau, sử dụng họ giao thức khác v.v… Sự không tương thích làm trở ngại cho tương tác người sử dụng mạng khác Cần thiết phải có hội tụ chung cho sản phẩm mạng thị trường Để có trước hết cần phải xây dựng khung chuẩn cấu trúc mạng để làm cho nhà thiết kế chế tạo sản phẩm mạng Tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế (International Organization for Standarzation - ISO) lập tiểu ban phát triển khung chuẩn Và năm 1984, ISO xây dựng xong mô hình tham chiếu cho việc nối kết hệ thống mở (Reference Model of Open Systems interconnection hay gọn hơn: OSI Reference Model) Mô hình dùng làm sở để nối kết hệ thống mở phục vụ cho ứng dụng phân tán Từ "mở" lên khả hai hệ thống nối kết để trao đổi thông tin với chúng tuân thủ mô hình tham chiếu chuẩn liên quan Để xây dựng mô hình OSI, ISO phải dựa kiến trúc phân tầng trước đó, dựa nguyên tắc chủ yếu sau đây:  Để đơn giản cần hạn chế số lượng tầng  Tạo ranh giới tầng cho tương tác mô tả dịch vụ tối thiểu  Chia tầng cho chức khác tách biệt với nhau, tầng sử dụng loại công nghệ khác tách biệt  Các chức giống đặt vào tầng  Chọn ranh giới tầng theo kinh nghiệm chứng tỏ thành công  Các chức định vị cho thiết kế lại tầng mà ảnh hưởng đến tầng kề  Tạo ranh giới tầng cho chuẩn hoá giao diện tương ứng  Tạo tầng liệu xử lý cách đặc biệt  Cho phép thay đổi chức giao thức tầng không làm ảnh hưởng tới tầng khác  Mỗi tầng có ranh giới với tầng kề Các nguyên tắc tương tự áp dụng chia tầng (sublayer)  Có thể chia tầng thành tầng cần thiết  Tạo tầng phép giao diện với tầng kế cận  Cho phép huỷ bỏ tầng thấy không cần thiết Kết mô hình OSI có tầng sau: Hệ thống mở A 7Application6Pr Hệ thống mở B Giao thức tầng Ứng dụng7Trình esentation5Sessi Giao thức tầng diễn6Phiên5Giao on4Transport3N Giao thức tầng vận4Mạng3Liên kết etwork2Data link1Physical Giao thức tầng Giao thức tầng Giao thức tầng Giao thức tầng Đường truyền vật lý Hình 1.12: Mô hình OSI tầng liệu 2Vật lý1 Bảng chức tầng mô hình OSI Tầng Physical Chức Liên quan đến nhiệm vụ truyền dòng bit cấu trúc qua đường truyền vật lý, truy nhập đường truyền vật lý nhờ Data link phương tiện cơ, điện, hàm, thủ tục Cung cấp phương tiện để truyền thông tin qua liên kết vật lý đảm bảo tin cậy Gửi khối liệu (Frame) với chế đồng hoá, kiểm soát lỗi kiểm soát luồng liệu Network cắt/ hợp liệu cần Thực việc chọn đường chuyển tiếp thông tin với công nghệ chuyển mạch thích hợp, thực việc kiểm soát Transpork luồng liệu cắt/hợp liệu cần Thực việc truyền liệu hai đầu mút (end - to end), thực việc kiểm soát lỗi kiểm soát luồng liệu hai đầu mút Cũng thực việc ghép kênh Session (multiplesing) cắt/ hợp liệu cần cung cấp phương tiện quản lý truyền thông ứng dụng, thiết lập, trì, đồng hoá huỷ bỏ phiên Presentation truyền thông ứng dụng Chuyển đổi cú p háp liệu để đáp ứng yêu cầu truyền Application liệu ứng dụng qua môi trường OSI Cung cấp phương tiện để sử dụng truy nhập vào môi trường OSI, đồng thời cung cấp dịch vụ thông tin phân tán Quan hiệm tầng giao tiếp cận OSI: Theo tiếp cận OSI tầng hệ thống có nhiều thực thể (entity) hoạt động Một (N) entity (thực thể tầng N) cài đặt chức tầng N giao thức truyền thông với (N) entity hệ thống khác (N) SAP Interface (N+1) layer Protocol (N) layer (N-1) connection (N-1) layer (N-1) SAP Hình 1.13: Quan hiệm tầng theo tiếp cận OSI Một tiến trình (proces) hệ đa xö lý ví dụ thực thể Hay đơn giản hơn, thực thể trình (bubroutine) Mỗi thực thể truyền thông với thực thể tầng qua giao diện (interface) Giao diện nhiều điể truy nhập dịch vụ (service access point viết tắt SAP) (N-1) entity cung cấp dịch vụ cho (N) entity thông qua việc gọi hàm nguyên thuỷ (primitive) Hàm nguyên thuỷ rõ chức cần thực dùng để chuyển liệu thông tin điều khiển Lời gọi trình ví dụ dnạg cài đặt cụ thể nguyên thuỷ Bốn kiểm hàm nguyên thuỷ sử dụng để định nghĩa tương tác tầng kế là: • Request (yêu cầu): hàm nguyên thuỷ mà Service User (người sử dụng dịch vụ) dùng để gọi chức • Idication (chỉ báo): hàm nguyên thuỷ mà Service Provider (người cung cấp dịch vụ) dùng để - Gọi chức - Chỉ báo chức gọi điểm truy nhập dịch vụ (SAP) • Reponse (trả lời): hàm nguyên thuỷ mà Service User dùng để hoàn tất chức gọi từ trước hàm nguyên thuỷ Indicatioin SAP • Confirm (xác nhận): hàm nguyên thuỷ mà Service Provider dùng để hoàn tất chức gọi từ trước hàm nguyên thuỷ Request SAP Nguyên lý hoạt động hàm nguyên thủy: System A System B (N+1) layer (N+1) layer Request Confirm Response SAP SERVICE USER Indication Interface SAP (N) layer (N) layer (N) Protocl SERVICE PROVIDẺ Hình 1.14 Sơ đồ nguyên lý hoạt động hàm nguyên thuỷ Trong sơ đồ quy trình thực giao thức hai hệ thống A B thực sau (theo trình tự thời gian): - Tầng (N-1) A gửi xuống tầng (N) kề hàm Request - Tầng (N) A cấu tạo đơn vị liệu để gửi yêu cầu sang tầng (N) B theo giao thức tầng N xác định - Nhận yêu cầu, tầng (N) B báo lên tầng (N+1) kề hàm Indication - Tầng (N-1) B trả lời hàm Response gửi xuống tầng (N) kề - Tầng (N) B cấu tạo đơn vị liệu để gửi trả lời trở tầng (N) A theo giao thức tầng N xác định - Nhận trả lời, tầng (N) A xác nhận tầng (N-1) kể hàm Confirm, kết thúc giao tác hai hệ thống Đơn vị liệu sử dụng giao thức tầng (N) ký hiệu (N) PDU Ở tầng mô hình OSI có hai phương thức hoạt động là: phương thức có liên kết (connection-oriented) phương thức không liên kết (connectionless) • Phương thức có liên kết: trước truyền liệu cần thiết lập liên kết logic thực thể đồng mức, trình truyền thoôg gồm giai đoạn: thiết lâlj liên kết (logic) truyền liệu, huỷ bỏ liên kết (logic) cách sử dụng bốn hàm nguyên thuỷ cho giai đoạn, ta có 12 thủ tục để xây dựng dịch vụ giao thức chuẩn theo kiểu OSI • Phương thức không liên kết: không cần liên kết logic, đơn vị liệu truyền độc lạp với đơn vị liệu trước sau nó, nên có giai đoạn truyền liệu mà So sánh hai phương thức hoạt động phương thức có liên kết truyền liệu tin cậy hơn, phương thức không liên kết truyền liệu theo nhiều đường khác tới đích thích nghi với thay dổi trạng thái mạng I.5.2.1 TẦNG VẬT LÝ (Physical) a Chức Theo định nghĩa OSI, tầng vật lý cung cấp phương tiện điện, cơ, chức năng, thủ tục để kích hoạt, trì đình liên kết vật lý hệ thống Ở đây, thuộc tính điện liên quan đến việc biểu diễn bit tốc độ truyền bit, thuộc tính liên quan đến tính chất vật lý giao diện với đường truyền (kích thước cấu hình) Thuộc tính chức chức thực phần tử giao diện vật lý, hệ thống đường truyền, thuộc tính thủ tục liên quan đến giao thức điều khiển việc truyền xâu bit qua đường vật lý Khác với tầng khác, tầng vật lý tầng thấp nhất, giao diện với đường truyền PDU cho tầng vật lý, phần header chứa thông tin điều khiển (PCI), liệu truyền theo dòng bit (bit stream) Bởi giao thức cho tầng vật lý không xuất với ý nghĩa tầng khác b Các chuẩn cho giao diện vật lý • Chuẩn V24/RS-232-C: Là hai chuẩn tương ứng CCITT EIA nhằm định nghĩa giao diện tầng vật lý DTE DCE Về phương diện cơ, chuẩn sử dụng đầu nối 25 chân lý thuyết cần dùng cáp 25 sợi để nối DTE DCE Về phương diện điện, chuẩn định tín hiệu số nhị phân tương ứng với hiẹu nhỏ -3V lớn +3V Tốc đọ tín hiệu qua giao diện không vượt 20Kbps với khoảng cách 15m, thiết kế tốt để đạt tốc độ khoảng cách lớn • Chuẩn RS-449/422-A/423-A RS-449 định nghĩa đặc trưng cơ, chức thủ tục, RS-442A RS-423-A định nghĩa đặc trưng điện chuẩn RS-449 tương tự RS-232-C liên tác với chuẩn cũ Về phương diện chức năng, RS-449 giữ lại toàn bô mạch trao đổi RS-232-C thêm vào 10 mạch mới, mạch quan trọng là: Terminal in service (IS), New Signal (NS), Select Friquency (SF), Local Loopback (LL), Remote Loopback (RL), Test Mode (TM) Về phương diện thủ tục, RS-449 tương tự RS-232-C Mỗi mạch có chức riêng việc truyền tin dựa cặp “tác động - phản ứng” Ví dụ DTE thực request to send sau đợi DCE trả lời với Clear to Send Về phương diện cơ, RS-449 dùng đầu nối 37 chân (37 pin connector) cho giao diện dùng đầu nối chân riêng biệt có kênh phụ Song giống RS-232-C, thực tế nhiều trường hợp có số chân dùng RS-423-A sử dụng phương thức truyền không cân (unbalanced transmission) đạt tốc độ 3Kbps khoảng cách 1000m 300Kbps khoảng cách 10m RS-422-A sử dụng phương thức truyền cân (balancer transmission) đạt tốc độ cao 100Kbps 1200m tới 10Mbps 12m Rõ ràng cao đáng kể so với RS-232-C • Các khuyến nghị loại - X CCITT Có nhiều loại khuyến nghị - X CCITT cho tầng vật lý, đặc biệt nước Tây Âu, ta xét khuyến nghị X21 Khuyến nghị X21 đặc tả đầu nối 15 chân X21 chấp nhận chế độ truyền không cân cân RS-442-C RS-423-A, có giới hạn tốc độ khoảng cách Bên cạnh khuyến nghị X21, CCITT định nghĩa khuyến nghị X21 bis để dùng cho tầng vật lý mạng chuyển mạch gói X25 (X25 Switched Network) X21 bis sử dụng mạch V.24 Các đặc trưng điện mạch trao đổi hai phía DCE DTE giao diện điện tuân theo khuyến nghị V.28 sử dụng đầu nối 25 chân (ISO 2110), khuyến nghị X.26 sử dụng đầu nối 37 chân (ISO 4902) I.5.2.2 Tầng liên kết liệu Tầng liên kết liệu cung cấp phương tiện để truyền thông tin qua liên kết vật lý đảm bảo tin cậy thông qua chế đồng hoá, kiểm soát lỗi kiểm soát luồng liệu Các giao tiếp để xây dựng lên tầng liên kết liệu (Data Link Protocol) chia thành loại: dị (Asynchronous DLP) đồng (Synchronous DLP), đồng chia làm hai nhóm là: hướng ký tự (Character Oriented) hướng bit (Bit Oriented) Data Link Protocol (DLPs) Synchronous Asynchronous Charater Oriented Bit-Oriented Hình 1.15 Phân loại giao thức liên kết liệu Các DLP dị sử dụng phương thức truyền dị bộ, bit đặt biệt Start Stop dùng để tách xâu bit biểu diễn ký tự dòng liệu cần truyền Nó không cần đồng người gửi người nhận Phương thức truyền đồng không dùng bit đặc biệt Start Stop để đóng khung ký tự mà dùng ký tự đặc biệt Syn (Synchronization), EOT (End Of Transmission) cờ (Flag) liệu người sử dụng để báo hiệu cho người nhận biết liệu đang” đến” “đã đến” Các DLP hướng ký tự xây dựng dựa ký tự đặc biệt mã ASCII hay EBCDIC DLP hướng bit lại dùng cấu trúc nhị hân để xây dựng phần tử giao thức a Các giao thức hướng ký tự Giao thức dùng cho ứng dụng điểm - điểm (point to point), giao thức ứng dụng cho phương pháp khai thác đường truyền khác nhau: chiều (simplex), hai chiều luân phiên (half-duplex) hai chiều đồng thời (full-duplex) b Các giao thức hướng bit • Giao thức HDLC (High level Data Link Control) • IHL (Internet Header Length) (4 bit) độ dài củ IP header theo số byte (hay octets - 32 bit) • Type of service (8 bit) cho modul IP biết kiểu dịch vụ cần phục vụ Module IP vào để lựa chọn dịch vụ truyền datagram mạng Trường mang thông tin mức độ an toàn datagram • Total Length (16 bit) độ dài toàn datagram bao gồm IP header liệu (data) tính theo bytes • Indentification (16 bit) với tham số khác (như soure Address Destination Address) tham số dùng để định danh cho datagram khoảng thời gian vãn liên mạng • Flags (3 bit) trường sử dụng bit để phân đoạn (fragment) datagram, bit lại chưa sử dụng, cụ thể là: Bit 0: lấy giá trị  = : Cã thÓ ph©n ®o¹n (May Fragment) Bit (DF)   =1:Kh«ng thÓ ph©n ®o¹n (Don't Fragment) 0 DF MF = :§o¹n cuèi cïng (Last Fragment) Bit (MF)  =1:Cßn ®o¹n n÷a tiÕp sau (More Fragment) • Fragment offset (13 bits) xác định vị trí đoạn (Fragment) datagram, tính theo số bytes, đoạn • Time to live (8 bits) quy định thời gian tồn (tính giây) datagram liên mạng để tránh tình trạng datagram bị quẩn liên mạng thời gian cho trạm gửi gửi datagram qua router liên mạng • Protocol (8bit) chi giao thức tầng kế nhận vùng liệu trạm đích để xử lý • Header checksum (16 bits) mã kiểm soát lỗi 16bit theo phương pháp CRC, cho vùng header • Source Address (32 bits) địa trạm nguồn, nơi gửi gói tin • Destination Address (32 bits) địa trạm đích, nơi nhận gói tin • Options (độ dài thay đổi) khai báo cá options người gửi yêu cầu • Padding (đo dài thay đổi) vùng đệm, dùng để đảm bảo cho phần header kết thúc mốc 32 bits • Data (độ dài thay đổi) vùng liệu có độ dài bội số bits, với tối đa 65535 bytes Hoạt động Internet Protocol: • Modul IP có liệu cần gửi đóng gói theo datagram truyền vào trường địa đích, tham số cần thiết • IP cấu thành headerr, nối liệu vào, xác định địa cục cho địa IP datagram Phía thu nhận địa gateway • Modul IP chuyển datagram với địa mạng cục cho modul giao diện với mạng cục APP Program APP Program Internet modul Internet modul LN Interface LN Interface Local Network LN Interface LN Interface Local Network Hình 2.5 Mô hình trao đổi thông tin hai host IP • Modul giao diện tạo header tương ứng lại gắn datagram vào headerr gửi kết qua mạng cục • Khi datagram đến gateway có địa cục phần địa mạng cục chuyển datagram cho modul IP Modul IP xác định địa đích Internet datagram,địa host mạng mà gateway cần nối tới Từ địa Internet host modul IP xác định địa cục host đích tiếp tục làm việc với modul giao diện mạng cục đích để gửi datagram đến • Modul giao diện với mạng cục tao header phối hợp với mạng cục bộ, dán datagram gửi cho host đích • Tại host datagram tách khỏi phần IP header chuyển cho modul IP • Modul IP xác định dịch vụ tầng datagram gửi gửi cho có yêu cầu từ hệ thống với địa tham số khác II.2 Giao thức TCP TCP giao thức mức cao IP, nằm IP mô hình phân tầng, giao thức TCP cho phép thiết lập đường liên lạc tin cậy thiết kế phù hợp với mô hình phân tầng Internet TCP cung cấp phương tiện cho hai tién trình máy khác mạng riêng biệt liên kết với thông qua gateway Để đảm bảo cung cấp liên kết hệ thống tin cậy hơn, TCP phải cung cấp phương tiện: • Thao tác truyền liệu (Basic data transfer): bảo đảm truyền liên tục theo chiều liên lạc theo sêgmnt chứa byte thông tin • Bảo đảm tin cậy (Reliablities): thực phục hồi liệu hỏng, bị trùng lặp, theo trật tự thông tin thông qua số thứ tự • Kiểm soát luồng liệu (Flow control): thực kiểm soát luồng liệu đến thông qua việc gửi cửa số ACK, NAK… • Phân kênh (Multiplexing): cho phép tiến trình máy tính sử dụng đồng thời TCP, Điều thực thông qua cổgn dịch vụ TCP cung cấp, thông qua cổng địa IP, TCP tạo socket • Các liên kết (Connections): thông số socket, số tuần tự, kích thước cửa sổ liên kết Khi tiến trình liên lạc TCP ẽ thiết lập cho chúng đường liên lạc, kết thúc liên kết giải phóng • Bảo mật ưu tiên (Precedence and security): người sử dụng yêu cầu mức ưu tiên bảo mật TCP giao thức kiểu có liên kết (connection- oriented), cho neê cần phải thiết lập liên kết (logic) giữ cặp thực thể TCP trước chúng trao đổi liệu với Đơn vị liệu sử dụng TCP gọi segment (đoạn liệu) Khuôn dạng TCP segment là: 15 16 Source Port 31 Destination Port Sequence Number Acknowledgment Number U A Reserved R C G K P S H R S T S Y N F I N Checksum Windows Urgent Pointer Padding Options TCP data Hình 2.6 Khuôn dạng TCP segment Trong đó: • Source port (16 bits): số hiệu cổng trạm nguồn • Destination port (16 bits): số hiệu cổng trạm đích • Sequence number (32 bit): số hiệu byte segment trừ bit SYN thiết lập Nếu bit SYN thiết lập sequence number số hiệu khởi đầu (ISN) byte liệu ISN +1 Tham số có vai trò tham số N(S) HDLC • Acknowledgment number (32 bits): số hiệu segment mà trạm nguồn chờ để nhận Ngầm ý báo nhận tốt segment mà trạm đích gửi cho trạm nguồn • Data offset (4 bits): số lượng từ 32 bit (32 bit wards) TCP header vị trí bắt đầu vùng liệu • Reserved (16 bits): chưa sử dụng, bit đặt = • Control bits (6 bits): bit điều khiển URG: vùng trỏ khẩn (urgent pointer) có hiệu lực ACK: vùng báo nhận (ACK number) có hiệu lực PSH: chức push RST: khởi dộng lại (Reset) liên kết SYN: đồng hoá số hiệu (sequence number) FIN: không liệu từ trạm gốc • Windows (16 bits): cấp phát credit để kiểm soát luồng liệu (cơ chế cửa sổ) Đây số lượng cá byte liệu, byte vùng ACK number, mà trạm nguồn sẵn sàng để nhận • Checksum (16 bits): mã kiểm soát lỗi (theo phương pháp CRC) cho toàn segment (header + data) • Ugent point (6 bits): trỏ trỏ tới số hiệu byte theo sau liệu khẩn, cho phép bên nhận biết độ dài liệu khẩn Vùng có hiệu lực bit URG thiết lập • Options (có độ dài thay đổi: khai báo ác options TCP, dó có độ dì tối đa vùng TCP data segment • Padding (có độ dài thay đổi): phần chèn thêm vào header để bảo đảm phần header kết thúc 32 bits Phần thêm gồm toàn số • TCP data (có độ dài thay đổi): chứa liệu từ tầng trên, có dộ dài tối đa ngầm định 536 bytes Có thể điều chỉnh giá trị cách khai báo vùng options tiến trình ứng dụng host truy nhập vào dịch vụ TCP cung cấp thôn qua cổng (port) sau: Userprocess Userprocess TCP TCP IP IP NAP NAP INTERNET Hình 2.7 Cổng truy nhập dịch vụ TCP NAP: Network Access Protocol Một cổng kết hợp với địa IP tạo thành socket mạng Dịch vụ TCP cung cấp nhờ liên kết logic cặp socket Một socket tham gia nhiều liên kết với socket ỏ xa khác Trước truyền liệu hai trạm cần phải thiết lập liên kết TCP chúng không nhu cầu truyền liệu liên kết giải phóng II.3 Giao thức UDP UDP (User Datagram Protocol) giao thức “không liên kết" sử dụng thay cho TCP IP theo yêu cầu ứng dụng Khác với TCP, UDP chức thiết lập giải phóng liên kết, tương tự IP Nó không cung cấp chế báo nhận (Acknowledgment), không xếp đơn vị liệu (datagram) đến dẫn đến trình trạng trùng liệu mà thông báo lỗi cho người gửi Nó cung cấp dịch vụ giao vận không tin cậy TCP UDP cung cấp chế gán quản lý số hiệu cổng (Port Number) để định danh cho ứng dụng chạy trạm mạng Do chức phức tạp nên UDP có xu hoạt động nhanh so với TCP Nó thường dùng cho ứng dụng không đòi hỏi độ tin cậy cao giao vận Khuôn dạng UDP datagram có dạng Bit 15 Source Port 16 31 Destination Port Checksum Message length Data Hình 2.8 Khuôn dạng UDP datagram Sự khác TCP UDP là: Các ứng dụng TCP xen liệu stream ứng dụng sử dụng UDP xem liệu message TCP gọi liệu segment UDP gọi cấu trúc liệu packet Tầng Internet xem liệu khối gọi datagram III Địa IP mạng III.1 Địa IP Giao thức IP sử dụng địa để xác định đường liệu cho chúng Mỗi host phải gán địa IP mà sử dụng truyền thông Tên host dịch vào địa IP cách tìm tên bảng cặp tên địa Địa IP 32 bit sơ đồ địa hóa để định dnh trạm (host) liên mạng Mỗi địa IP có độ dài 32 bit tách thành vùng (mỗi vùng byte), biểu diễ dạng thập phân, bát phân, nhị phân Nhưng phổ biến dùng ký pháp thập phân có dấu chấm (Dottet Dicimal Notation) để tách riêng vùng Ở số nguyên cho giá trị củ octets địa IP, thé địa 32 bit Internet: 10000000000010100000001000011110 viết là: 128.10.2.30 Mục đích IP để định danh cho host liên mạng Do khác tổ chức độ lớn mạng mà người ta chia địa IP thành lớp, ký hiệu A, B, C, D, E Các lớp lại chia thành phần có độ dài tuỳ theo lớp quy định sau: • Các bit byte dùng để định danh lớp địa (0 - lớp A, 10 - lớp B, 110 - lớp C, 1110 - lớp D, 11110 - lớp E) • Các bit địa mạng cục host (Network Address) • Các bit lại địa host (Local Address) III.1.1 Cấu trúc lớp Líp A 31 Netid (7 bit) Hostid (24 bit) 15 Líp B Netid (14 bit) 16 31 Hostid (16 bit) 23 Líp C 1 24 Netid (21 bit) 31 Hostid (8 bit) 31 Líp D 1 Multicast Address 31 Líp E 1 1 Resever for future use Netid = Network Indentifier Hostid = Host Indentifier Hình 2.9 Cấu trúc lớp địa IP Do ta có dải giá trị thập phân có dấu chấm tương ứng với lớp địa IP là: Class A B C D E Địa thấp 0.1.0.0 128.0.0.0 192.0.1.0 224.0.0.0 240.0.0.0 Địa cao 126.0.0.0 191.255.0.0 223.255.255.0 239.255.255.255 241.255.255.255 Hình 2.10 Bảng giá trị thập phân • Lớp A: cho phép định danh tới 126 mạng, với tối đa 16 triệu () host mạng Lớp dùng cho trạm cực lớn • Lớp B: cho phép định danh tới 16384 mạng, với tối đa 65536() host mạng Lớp dùng cho mạng trung bình • Lớp C:cho phép định danh tới triệu mạng, với tối đa 256 () host mạng Lớp dùng cho mạng có trạm • Lớp D: dùng để gửi IP datagram tới nhớm host mạng • Lớp E: dùng để dự phòng tương lai Một địa có host = dùng để hướng tới mạng định danh vùng netid Ngược lại địa có hostid gồm toàn số dùng để hướng tới tất host nối vào mạng netid, vùng netid gồm toàn số hướng đến tất host liên mạng III.1.2 Gán địa lớp vào mạng III.1.2.1 Gán địa lớp A vào mạng Một số tổ chức lớn có địa lớp A Cây định tên (NIC) gán giá trị cố định vào byte địa byte sau tổ chức quan Ví dụ địa tên host thuộc quan, gán vào địa lớp A: 26 26.5.0.633 Longbeach - bumed.navy.mil 26.11.0.3 pendleton-bumed.navy.mil 26.15.0.50 quantico-bumed.navy.mil III.1.2.2 Gán địa lớp B vào mạng Địa lớp B gán vào địa mạng có kích cỡ trung bình lớn NIC gán giá trị cố dịnh vào byte địa chỉ, byte sau tổ chức xếp Ví dụ địa đdday tên host củ tổ chức gán địa nhóm B: 131.146 là: 131.146.8.29 daffodil.tymnet.com 131.146.8.29 petunia.tymnet.com 131.146.2.111 becool.tymnet.com Lớp B thông dụng nhiều tổ chức yêu cầu sử dụng III.1.2.3 Gán địa lớp C vào mạng Mỗi tổ chức mạng cỡ nhỏ sử dụng hay nhiều địa lớp C Điều có nghĩa NIC gán hay nhiều giá trị cố định sử dụng vào byte địa tổ chức đó, tổ chức điều khiển byte cuối Ví dụ tên host địa sau thuộc nhóm tổ chứcđó gán địa lớp C: 192.31.235 192.31.235.67 terra.sea.com 192.31.235.68 luna.sea.com 192.31.235.69 moon.sea.com III.2 Địa mạng Trong nhiều trường hợp mạng chia thành nhiều mạng (Subnet), lúc dó đưa thêm vùng subnet để định danh mạng Vùng subnetid lấy từ hositd, cấu trúc mạng có dạng: Netid 15 Hostid 15 Netid 16 23 23 Netid 31 24 Subnetid Líp C 31 Subnetid Líp B 16 Hostid 24 Subnetid Hostid 31 Hình 2.11 Bổ xung vùng subnet Các mạng hữu ích việc tách nhỏ mạng thành mạng logic nhỏ Thông thường mắc giao két vật lý LAN phải có địa mạng địa mạng Subnet routing (hay subnetting) dùng rộng rãi kỹ thuật chuẩn hoá Thực subnetting việc yêu cầu việc xác định địa IP Cách đơn giản để hiểu địa cho subnet tưởng tượng site có địa mạng IP lớp B đơn lẻ gán vào nó, có hay nhiều mạng vật lý, có định đường cục nhận nhiều mạng vật lý vàbằng cách để định luồng lưu thông định dẫn đường hệ thống hoạt động khác định đường tất luồng lưu thông thể có mạng vật lý đơn lẻ Ví dụ 128.10.1.1 H1 Rest of the internet 128.10.1.2 H2 R All Traffic to 128.10.0.0 Network 128.10.2.0 128.10.2.1 H3 128.10.2.2 H4 Hình 2.12 Một site với mạng vật lý sử dụng định địa subnet để gán nhãn với địa mạng lớp B đơn Bộ định đường R chấp nhận tất lưu thông cho mạng128.10.0.0 cọn mạng vật lý dựa octets thứ địa Trong ví dụ trên, site sử dụng địa mạng lớp B riêng lẻ 128.10.0.0 cho mạng vật lý Ngoại trừ định đường R, tất định đường khác Internet hoạt động có mạng vật lý đơn lẻ gói liệu đến R phải chuyển qua mạng vật lý đến đích cùa Để lựa chọn hiệu mạng vật lý, site cục sử dụng octets thứ địa đê phân mạng với người quản lý gán máy mạng vật lý có dạng địa là: 128.10.1.X , máy mạng vật lý gán địa dạng 128.10.2.X, X số nguyên nhỏ sử dụng host cụ thể Để chọn mạng vật lý, R kiểm tra octets thứ địa đích định đường cho cac datagram với giá trị đến mạng có gán nhãn 128.10.1.0 datagram có giá trị đến mạng có gán nhãn 128.10.2.0 Chúng ta biết địa IP 32 bit có phần Internet phần cục bộ, phần Internet xác định site với mạng vật lý, phần cục xác định mạng vật lý host site Ví dụ việc định địa subnet với địa lớp B mà có phầnint octets phần cục octets Để việc định đường mạng vật lý có hiệu nhiều quản trị site ví dụ sử dụng octets phần máy tính mạng Điều thể hình sau Internet part Local part Internet part Physical Network Host Hình 2.13 Sự diễn giải khái niệm địa IP32 bit lược đồ địa IP gốc Kết hình thành việc định địa phân lớp (Hierachical Addressing) dẫn đến việc định đường phân cấp tưng ứng Mức cao củ phân cấp định tuyến sử dụng octets định đường mức sử dụng octets thêm Sau cùng, mức thấp sử dụng toàn địa Tuy nhiên việc lựa chọn cấu trúc phân cáp khó thường trở nên khó khăn để thay đổi cấu trúc, khó để thay đổi cấu trúc hân cấp thiết kế III.2.1 Mặt nạ (Subnet Marks) Kỹ thuật mạng làm ch việc cấu hình dễ dàng hơn, hai trường hợp độ dai cố định biến đổi Chuẩn mô tả mạt nạ 32 bit dùng để xác định phân chia Vì thế, đơn vị sử dụng mạng phải chọn mặt nạ mạng 32 bit cho mỗ mạng Các bit mặt nạ bật lên máy mạng xem bit tương ứng địa IP phần tiền tố mạng con, bật lên chúng xem bit phần địa máy Ví dụ xét mặt nạ 32 bit 11111111 11111111 11111111 00000000 Mô tả octets xác định mạng octets thứ tự xác định máy tính mạng Một mặt nạ mạng phải có tất bit phần tương ứng với phần mạng địa (ví dụ, mặt nạ mạng cho mạng lớp B có bit hai octets với hay nhiều bit hai octets cuối cùng) Việc định địa mạng chuẩn không ràng buộc mặt nạ mạng phải bit liên tục địa Ví dụ gán mạt nạ sau cho mạng 11111111 11111111 00011000 01000000 Bao gồm hai octet đầu tiên, hai bit octet thứ ba bit octets cuối Mặc dù uyển chuyển cho phép ta xếp phép gán địa dặc biệt cho máy, làm cho việc gán địa hiểu bảng định tuyến trở thành công việc chi li lắt léo Vì vậy, đơn vị khuyên nên sử dụng mặt nạ mạng liên tục nên sử dụng mặt nạ toàn mạng vật lý chung địa IP Việc mô tả mặt nạ mạng dạng nhị haâ vừa khó diễn tả dễ bị lỗi Vì vậy, hầu hết phần mềm có cách để thể khác hầu hết phần mềm IP sử dụng cách thể dấu chấm thập phân cho mặt nạ mạng con, thích hợp cho đơn vị chọn mạng theo octets Ví dụ nhiều tổ chức chọn lập mạng có địa lớp B cách sử dụng octets thứ để xác định mạng vật lý octets thứ để xử lý máy tính (host) trường hợp đó, mạng có cách thể dấu chấm thập phân 255.255.255.0 giúp ta dễ hiểu dễ viết Cũng có cách thể khác địa mạng mặt nạ mạng con, dạng nhóm ngoặc kép {, , } Theo cách thể này, giá trị có nghĩa “tất 1” Ví dụ, mặt nạ mạng lớp mạng lớp B 255.255.255.0 ta viết lại là(-1, -1, 0) Nhược điểm cách thể nhóm không mô tả xác bit dùng cho phần địa chỉ, ưu điểm trừu tượng hoá chi tiết bit nhấn mạnh giá trị ba phần địa II.2.2 địa mạng bậc cao (Supernet Addressings) Việc xác định địa subnet ngày bộc lộ rõ ngăn cản lớn mạnh Internet từ việc thiếu không gian địa lớp B Supernet (hay supernet Address) lược đồ đưa cách tiếp cận trái ngược với việc định địa Subnet thay sử dụng địa mạng IP đơn cho nhiều mạng vật lý tổ chức Supernetting chấp nhận vì: IP không chia địa mạng thành lớp tưoơg đương, số nhóm C yêu cầu chậm, phần nhỏ chúng gán, nghiên cứu tỷ lệ số nhóm C gán tất số bị loại bỏ vài năm Để trì số lớp B, lược đồ Supernetting gán tổ chức vào khối địa lớp C thay số lớp B Khối phải đủ lớn để đánh số cho tất mạng, tổ chức hoàn toàn nối vào mạng Ví dụ yêu cầu địa lớp B mà subnet sử dụng octets thứ trường subent Thay số lớp B đơn, Supernetting gán cho khối gồm 256 số lớp C, từ gán vào mạng vật lý Địa IP dùng để định danh host mạng tầng mng mô hình OSI, chúng địa vật lý (hay địa MAC) trạm mạng cục (Ethernet, Token - Ring, ) Trên mạng cục vậy, hai trạm liênlạc với chúng biết địa vật lý Như cần phải thực ánh xạ địa IP (32 bits) địa vật lý (48 bits) mộtt rạm Giao thức ARP (Address Resolution Protocol) xây dựng để chuyển đổi từ địa IP sang địa vật lý cần thiết Ngược lại giao thức RARP (Reverse Address Resolution Protocol) dùng để chuyển đổi từ địa vật lý sang địa IP [...]... Upper layer Upper layer TCP Gateway 1 Gateway 2 IP IP IP DLa DLa PHYa TCP IP X25.2 X25.2 DLa PHYa X25.1 X25.1 PHYa DLb PHYb DLa: Giao thức tầng Data Link của Host - A PHYa: Giao thức tầng Physical của Host - A DLb: Giao thức tầng Data Link của Host - B PHYa: Giao thức tầng Physical của Host - B Hỡnh 2.3 Kt ni cỏc mng con thnh liờn mng vi TCP/IP IP l giao thckhụng liờn kt (Connectionless) cú ngha l IP khụng... khong thi gian nú vón cũn liờn mng Flags (3 bit) trng ny s dng 2 bit phõn on (fragment) cỏc datagram, bit cũn li cha s dng, c th l: Bit 0: luụn ly giỏ tr bng 0 = 0 : Có thể phân đoạn (May Fragment) Bit 1 (DF) =1:Không thể phân đoạn (Don't Fragment) 0 0 1 DF 2 MF = 0 :Đoạn cuối cùng (Last Fragment) Bit 2 (MF) =1:Còn đoạn nữa tiếp sau (More Fragment) Fragment offset (13 bits) xỏc nh v trớ ca on... trao i thụng tin chn ng trong mng b Giao thc X.25 nh ngha vic liờn kt im n im gia DTE (thit b kt cui d liu) v DCE (thit b kt cui kờnh d liu) Cỏc chun ca nú c ỏnh x vo cỏc lp t 1 - 3 ca mụ hỡnh tham chiu OSI Thụng lng truyn ti a l 64 Kbps Hin nay ngi ta thng s dng cụng ngh FPS (Fast Packet Switching) da trờn hai k thut l: Frame Relay v Cell Relay Frame Relay cú th truyn vi thụng lng ti a l 2Mbps cũn Cell... luna.sea.com 192.31.235.69 moon.sea.com III.2 a ch mng con Trong nhiu trng hp mng cú th c chia thnh nhiu mng con (Subnet), lỳc dú cú th a thờm cỏc vựng subnet nh danh cỏc mng con Vựng subnetid c ly t hositd, cu trỳc ca mng con cú dng: 0 7 Netid 8 15 Hostid 15 Netid 16 23 23 Netid 31 24 Subnetid 0 Lớp C 31 Subnetid 0 Lớp B 16 Hostid 24 Subnetid Hostid 31 Hỡnh 2.11 B xung vựng subnet Cỏc mng con cú th