Giao thức cân bằng tải GLBP

Định nghĩa mạng máy tính Mạng máy tính là một nhóm các máy tính, thiết bị ngoại vi được nối kết với nhau thông qua các phương tiện truyền dẫn như cáp, sóng điện từ, tia hồng ngoại....

LỜI MỞ ĐẦU

Chiếc máy vi tính đa năng, tiện lợi hiệu quả mà chúng ta đang sử dụng sẽ trở nên chật hẹp, nghèo nàn trong việc khai thác và sử dụng so với chiếc máy tính được nối mạng ban đầu

Chính vì điều này mà các nhà nghiên cứu xây dựng nên một công cụ nhằm trợ giúp con người thu nhập và khai thác thông tin một cách triệt để hơn

Mạng máy tính ra đời ngay lập tức mang lại giá trị thực tiễn vô cùng to lớn cho nhân loại qua việc giúp con người xích lại gần nhau hơn, các thong tin quan trọng

và cần thiết được truyền tải, khai thác và xử lý kịp thời, trung thực và chính xác Mạng và công nghệ về mạng mặc dù ra đời cách đây không lâu nhưng nó đã được phát triển và ứng dung rộng rãi trên toàn thế giới Ở nước ta việc lắp đặt và khai thác mạng đã được ứng dụng trong vòng hơn mười năm trở lại đây Đêm số các cơ quan đơn vị, trường học có nhu cầu lắp đặt và khai thác mạng ngày càng tăng

Được giới thiệu từ Cisco IOS Release 12.2(15), Gateway Load Balancing Protocol (GLBP) được hỗ trợ trên Cisco 1700, 2600, 3620, 3631, 3640,

3660, 3725, 3745, 7100, 7200, 7400, 7500 series GLBP là một giao thức độc quyền của Cisco để khắ phục những hạn chế của các giao thức (HSRP, VRRP), cung cấp khả năng dự phòng tăng cường, cung cấp thêm tính năng cân bằng tải, khả năng chia tải qua nhiều Router(gateways) sử dụng 1 địa chỉ IP ảo (virtual IP) và nhiều địa chỉ MAC ảo (vitual MAC address) Xuất phát từ thực tiễn đó, em đã quyết định chọn cho mình đề tài

“ Ứng dụng giao thức cân bằng tải trong mạng” và sâu hơn nữa chính là tìm hiểu

“Giao thức cân bằng tải GLBP”

Trong phạm vi báo cáo, người đọc có một cái nhìn tổng quan về mạng máy tính, router cũng như cách định tuyến router và giao thức cân bằng tải GLBP Nội dung báo cáo gồm:

Chương 1: Giới thiệu chung mạng máy tính.

Chương 2: Tìm hiểu về router

Chương 3: Tìm hiểu giao thức GLBP

Trong thời gian tìm hiểu, mặc dù đã cố gắng học hỏi và tìm tòi nhưng vẫn không tránh k hỏi những thiếu xót, em rất mong nhận được những góp ý của thầy cô Em xin chân thành cảm ơn nhà trường và các thầy cô giáo bộ môn trong khoa Điện tử

và đặc biệt hơn là thầy Nguyễn Anh Dũng- Khoa điện tử đã tận tình chỉ bảo giúp đỡ

em để em có thể hoàn thành được báo cáo thực tập này

Em xin chân thành cảm ơn!!!

Dương Thị Thoa

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮTGLBP Gateway Load Balancing Protocol OSI Open System Interconnection

LAN Local Area Network

MAN Metropolitan Area Network

WAN Wide Area Network

GAN Global Area Network

LLC logical link control

MAC media access control

UDP User Datagram Protocol

DNS Domain Name System

DIMM Dual In – Line Memory Module

IOS Internetwort Operating System

NVRAM Non-volative Random-access Memory ROM Read Only Memory

RIP Routing Information Protocol

IGRP Internet gateway routing Protocol OSPF Open Shortest Path First

CHƯƠNG 1TỔNG QUAN MẠNG MÁY TÍNH

1.1 Lịch sử mạng máy tính

Máy tính của thập niên 1940 là các thiết bị cơ-điện tử lớn và rất dễ hỏng Sự phát minh ra transitor bán dẫn vào năm 1947 tạo ra cơ hội để làm ra chiếc máy tính nhỏ

và đáng tin cậy hơn

Năm 1950, các máy tính lớn mainframe chạy bởi các chương trình ghi trên thẻ đục lỗ (punched card) bắt đầu được dùng trong các học viện lớn Điều này tuy tạo nhiều thuận lợi với máy tính có khả năng được lập trình nhưng cũng có rất nhiều khó khăn trong việc tạo ra các chương trình dựa trên thẻ đục lỗ này

Vào cuối thập niên 1950, người ta phát minh ra mạch tích hợp (IC) chứa nhiều transitor trên một mẫu bán dẫn nhỏ, tạo ra một bước nhảy vọt trong việc chế tạo các máy tính mạnh hơn, nhanh hơn và nhỏ hơn Đến nay, IC có thể chứa hàng triệu transistor trên một mạch

Vào cuối thập niên 1960, đầu thập niên 1970, các máy tính nhỏ được gọi là minicomputer bắt đầu xuất hiện

Năm 1977, công ty máy tính Apple Computer giới thiệu máy vi tính cũng được gọi là máy tính cá nhân (personal computer - PC)

Năm 1981, IBM đưa ra máy tính cá nhân đầu tiên Sự thu nhỏ ngày càng tinh vi hơn của các IC đưa đến việc sử dụng rộng rãi máy tính cá nhân tại nhà và trong kinh doanh

Vào giữa thập niên 1980, người sử dụng dùng các máy tính độc lập bắt đầu chia sẻ các tập tin bằng cách dùng modem kết nối với các máy tính khác Cách thức này được gọi là điểm nối điểm, hay truyền theo kiểu quay số Khái niệm này được mở rộng bằng cách dùng các máy tính là trung tâm truyền tin trong một kết nối quay số Các máy tính này được gọi là sàn thông báo (bulletin board) Các người dùng kết nối đến sàn thông báo này, để lại đó hay lấy đi các thông điệp, cũng như gửi lên hay tải về các tập tin Hạn chế của hệ thống là có rất ít hướng truyền tin, và chỉ với những ai biết về sàn thông báo đó Ngoài ra, các máy tính tại sàn thông báo cần một modem cho mỗi kết nối, khi số lượng kết nối tăng lên, hệ thống không thề đáp ứng được nhu cầu

Qua các thập niên 1950, 1970, 1980 và 1990, Bộ Quốc phòng Hoa KỳBộ đã phát triển các mạng diện rộng WAN có độ tin cậy cao, nhằm phục vụ các mục đích quân

sự và khoa học Công nghệ này khác truyền tin điểm nối điểm Nó cho phép nhiều máy tính kết nối lại với nhau bằng các đường dẫn khác nhau

Bản thân mạng sẽ xác định dữ liệu di chuyển từ máy tính này đến máy tính khác như thế nào Thay vì chỉ có thể thông tin với một máy tính tại một thời điểm, nó có

thể thông tin với nhiều máy tính cùng lúc bằng cùng một kết nối Sau này, WAN của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đã trở thành Internet

1.2 Giới thiệu mạng máy tính

1.2.1 Định nghĩa mạng máy tính

Mạng máy tính là một nhóm các máy tính, thiết bị ngoại vi được nối kết với nhau thông qua các phương tiện truyền dẫn như cáp, sóng điện từ, tia hồng ngoại giúp cho các thiết bị này có thể trao đổi dữ liệu với nhau một cách dễ dàng

1.2.2 Phân loại

Có nhiều cách phân loại mạng khác nhau tuỳ thuộc vào yếu tố chính được chọn dùng để làm chỉ tiêu phân loại, thông thường người ta phân loại mạng theo các tiêu chí như sau:

- Khoảng cách địa lý của mạng

- Kỹ thuật chuyển mạch mà mạng áp dụng

- Kiến trúc mạng

- Hệ điều hành mạng sử dụng

1.2.2.1 Phân loại mạng theo khoảng cách địa lý:

Nếu lấy khoảng cách địa lý làm yếu tố phân loại mạng thì ta có mạng cục bộ, mạng đô thị, mạng diện rộng, mạng toàn cầu

•Mạng cục bộ (LAN - Local Area Network) :Là mạng được cài đặt trong phạm vi tương đối nhỏ hẹp như trong một toà nhà, một xí nghiệp với khoảng cách lớn nhất giữa các máy tính trên mạng trong vòng vài km trở lại

•Mạng đô thị (MAN - Metropolitan Area Network) : Là mạng được cài đặt trong phạm vi một đô thị, một trung tâm văn hoá xã hội, có bán kính tối đa khoảng 100

Nếu lấy kỹ thuật chuyển mạch làm yếu tố chính để phân loại sẽ có: mạng chuyển mạch kênh, mạng chuyển mạch thông báo và mạng chuyển mạch gói.

- Mạch chuyển mạch kênh (circuit switched network) : hai thực thể thiết lập một kênh cố định và duy trì kết nối đó cho tới khi hai bên ngắt liên lạc

- Mạng chuyển mạch thông báo (message switched network) : Thông báo là một đơn vị dữ liệu qui ước được gửi qua mạng đến điểm đích mà không thiết lập kênh truyền cố định Căn cứ vào thông tin tiêu đề mà các nút mạng có thể xử lý được việc gửi thông báo đến đích

- Mạng chuyển mạch gói (packet switched network) : ở đây mỗi thông báo được chia ra thành nhiều gói nhỏ hơn được gọi là các gói tin (packet) có khuôn dạng qui định trước Mỗi gói tin cũng chứa các thông tin điều khiển, trong đó có địa chỉ nguồn (người gửi) và địa chỉ đích (người nhận) của gói tin.Các gói tin của cùng một thông báo có thể được gởi đi qua mạng tới đích theo nhiều con đường khác nhau

1.2.2.3 Kiến trúc mạng

Kiến trúc mạng máy tính (network architecture) thể hiện cách nối các máy tính với nhau và tập hợp các quy tắc, quy ước mà tất cả các thực thể tham gia truyền thông trên mạng phải tuân theo để đảm bảo cho mạng hoạt động tốt -Khi nói đến kiến trúc của mạng người ta muốn nói tới hai vấn đề là hình trạng mạng (Network topology) và giao thức mạng (Network protocol):

- Network Topology: Cách kết nối các máy tính với nhau về mặt hình học mà ta gọi là tô pô của mạng Các hình trạng mạng cơ bản đó là: hình sao, hình bus, hình vòng

- Network Protocol: Tập hợp các quy ước truyền thông giữa các thực thể truyền thông mà ta gọi là giao thức (hay nghi thức) của mạng Các giao thức thường gặp nhất là : TCP/IP, NETBIOS, IPX/SPX,

1.2.2.4 Phân loại theo hệ điều hành mạng

Nếu phân loại theo hệ điều hành mạng người ta chia ra theo mô hình mạng ngang hàng, mạng khách/chủ hoặc phân loại theo tên hệ điều hành mà mạng

sử dụng: Windows NT, Unix, Novell

1.2.3 Các mạng máy tính thông dụng nhất

1 2.3.1 Mạng cục bộ

Một mạng cục bộ là sự kết nối một nhóm máy tính và các thiết bị kết nối mạng được lắp đặt trên một phạm vị địa lý giới hạn, thường trong một toà nhà hoặc một khu công sở nào đó Cách kết nối các máy tính với nhau về mặt hình học mà ta gọi là tô pô của mạng Có hai kiểu nối mạng chủ yếu đó là :

- Nối kiểu điểm - điểm (point - to - point): các đường truyền nối từng cặp nút với nhau, mỗi nút “lưu và chuyển tiếp” dữ liệu

- Nối kiểu điểm - nhiều điểm (point - to - multipoint hay broadcast) : tất cả các nút phân chia nhau một đường truyền vật lý, gửi dữ liệu đến nhiều nút một lúc

và kiểm tra gói tin theo địa chỉ

1.2.3.2 Mạng diện rộng với kết nối LAN to LAN

Mạng diện rộng bao giờ cũng là sự kết nối của các mạng LAN, mạng diện rộng

có thể trải trên phạm vi một vùng, quốc gia hoặc cả một lục địa thậm chí trên phạm vi toàn cầu Mạng có tốc độ truyền dữ liệu không cao, phạm vi địa lý không giới hạn

1.2.3.3 Liên mạng INTERNET

Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ là sự ra đời của liên mạng INTERNET Mạng Internet là sở hữu của nhân loại, là sự kết hợp của rất nhiều mạng dữ liệu khác chạy trên nền tảng giao thức TCP/IP

1.2.3.4 Mạng INTRANET

Thực sự là một mạng INTERNET thu nhỏ vào trong một cơ quan/công ty/tổ chức hay một bộ/nghành … giới hạn phạm vi người sử dụng, có sử dụng các công nghệ kiểm soát truy cập và bảo mật thông tin Được phát triển từ các mạng LAN, WAN dùng công nghệ INTERNET

1.3 MÔ HÌNH OSI

1.3.1 Mô hình thông tin tổng quát

1.3.1.1 Nguồn đích và các gói dữ liệu

Mức thông tin cơ bản nhất của máy tính là các ký số nhị phân, hay các bit (0 hay 1) Tuy nhiên, các máy tính gửi một hay hai bit thông tin, sẽ không hữu hiệu, vì vậy các nhóm byte, kilobyte, megabyte và gigabyte là cần thiết Để cho các máy tính gửi thông tin xuyên qua một mạng, tất cả các hoạt động truyền tin trên một mạng đều xuất phát từ một nguồn, sau đó di chuyển đến một đích

Thông tin di chuyển trong một mạng, được tham chiếu đến như là dữ liệu, gói hay gói dữ liệu Một gói dữ liệu là một đơn vị thông tin được nhóm lại theo luận lý, và

di chuyển giữa các hệ thống máy tính Bao gồm đó là thông tin về nguồn tin cùng với các phần tử khác cần thiết để thực hiện một hoạt động truyền tin cậy với thiết bị đích Địa chỉ nguồn trong một gói tin chỉ ra danh định của máy tính gửi gói tin này Địa chỉ đích chỉ ra danh định của máy tính sau cùng tiếp nhận gói tin

1.3.1.2 Môi trường truyền dẫn

Trong lập mạng, môi trường (Medium) là một miền vật chất mà qua đó các gói dữ liệu di chuyển Nó có thể là:

• Các dây điện thoại

Một định nghĩa mang tính kỹ thuật cho giao thức truyền số liệu là: Một tập quy

định, hay một sự thống nhất, xác định khuôn dạng và sự truyền dữ liệu Lớp n trên

một máy tính thông tin với lớp n trên một máy tính khác Các quy định và tiêu chuẩn được dùng trong hoạt động thông tin này được tập hợp lại và được gọi là giao thức lớp n

Hình 1.1: Môi trường truyền dẫn vật lý.

1.3.2 Mô hình tham chiếu OSI

1.3.2.1 Mục đích

Mô hình tham chiếu OSI là mô hình chủ yếu cho các hoạt động thông tin trên mạng Mặc dù đã có những mô hình khác, nhưng hầu hết các nhà chế tạo ngày nay đều tạo ra các sản phẩm của họ trên cơ sở tham chiếu đến mô hình OSI, đặc biệt khi

họ muốn phổ biến sản phẩm của mình cho số đông khách hàng Họ xem mô hình là công cụ tốt nhất có sẵn để huấn luyện mọi người xung quanh về việc truyền và nhận dữ liệu trên một mạng

Mô hình tham chiếu OSI cho phép nhận ra được các chức năng mạng đang diễn

ra tại mỗi lớp Quan trọng hơn mô hình tham chiếu OSI là một khuôn mẫu giúp hiểu thông tin di chuyển xuyên qua một mạng như thế nào

Hình 1.2: Mô hình tham chiếu OSI.

Trong mô hình tham chiếu OSI, có bảy lớp mỗi lớp mô tả một phần chức năng mạng Sự tách biệt các chức năng lập mạng gọi là sự phân lớp (layering) Chia mạng thành 7 lớp đem đến các ưu điểm sau:

• Tách hoạt động thông tin mạng thành những phần nhỏ hơn, đơn giản hơn

• Nó chuẩn hoá các thành phần mạng để cho phép phát triển một mạng từ nhiều nhà cung cấp sản phẩm

• Cho phép các loại phần cứng và phần mềm mạng khác nhau thông tin được với nhau

• Ngăn chặn được tình trạng sự thay đổi của một lớp làm ảnh hưởng đến lớp khác, như vậy chúng có thể phát triển nhanh chóng hơn

• Nó chia hoạt động thông tin mạng thành các phần nhỏ hơn làm cho việc học trở nên dễ hiểu hơn

1.3.2.2 Các lớp của mô hình OSI

Cá nhân mỗi lớp trong mô hình OSI có một tập các chức năng cần phải thực hiện để cho các gói dữ liệu di chuyển từ nguồn đến đích Dưới đây là mô tả tổng quát mỗi lớp trong mô hình:

Lớp 7: Lớp ứng dụng (Application layer)

Lớp ứng dụng là lớp gần gũi với người dùng hơn hết, nó cung cấp các dịch vụ mạng cho cho các ứng dụng của người dùng Nó khác với các lớp khác ở chỗ không cung cấp các dịch vụ cho bất kỳ lớp nào Nó chỉ cung cấp các dịch vụ cho các ứng dụng nằm bên ngoài mô hình OSI Các chương trình ứng dụng như: chương trình

xử lý bảng tính, các chương trình xử lý văn bản, các chương trình dầu cuối…Lớp ứng dụng thiết lập tính sẵn sàng cho các đối tượng thông tin, đồng bộ hoá và thiết lập tính nhất quán trên các thủ tục khắc phục lỗi và kiểm soát toàn vẹn dữ liệu

Lớp 6: Lớp trình bày (Presentation layer)

Lớp trình bày đảm bảo thông tin mà lớp ứng dụng của một hệ thống dầu cuối gửi đi lớp ứng dụng của hệ thống khác có thể đọc được Nếu cần lớp trình bày thông dịch giữa nhiều dạng dữ liệu khác nhau thông qua một dạng chung

Lớp 5: Lớp phiên (Session layer)

Như bao hàm trong tên của lớp, lớp phiên thiết lập, quản lý, và kết thúc các phiên thông tin giữa hai chủ thể truyền nhận Lớp phiên cung cấp các dịch vụ của

nó cho lớp trình bày Nó cũng đồng bộ hội thoại giữa hai lớp trình bày của hai host

và quản lý các cuộc trao đổi dữ liệu giữa chúng Bên cạnh sự điều khiển phiên làm việc, lớp phiên còn chuẩn bị những thứ cần thiết cho truyền dữ liệu hiệu quả, phần lớp dịch vụ, và thông báo mở rộng các sự cố của lớp phiên, lớp trình bày và lớp ứng dụng

Lớp 4: Lớp vận chuyển (Transport layer)

Lớp vận chuyển phân đoạn dữ liệu từ hệ thống host truyền và tái thiết lập dữ liệu vào một luồng dữ liệu tại hệ thống host nhận Ranh giới giữa lớp ứng dụng và

lớp phiên có thể được xem như giao thức ứng dụng (Application Protocol) và giao thức luồng dữ liệu (data flow protocol) Trong khi các lớp ứng dụng, lớp trình bày

và lớp phiên liên quan mật thiết đến ừng dụng, thì bốn lớp dưới lại liên quan đến việc truyền dữ liệu

Lớp vận chuyển cố gắng cung cấp một dịch vụ vận chuyển dữ liệu, tạo nên một dải ngăn cách bảo vệ các lớp trên tránh cá chi tiết hiện thực vận chuyển bên dưới Đặc biệt, các vấn đề như làm thế nào vận chuyển giữa hai host thật sự tin cậy là trách nhiệm liên quan đến lớp vận chuyển Trong việc cung cấp dịch vụ truyền tin, lớp vận chuyển thiết lập, duy trì, và kết thúc tốt đẹp các mạch ảo Trong việc cung cấp các dịch vụ tin cậy, sự phát hiện lỗi, khắc phục lỗi cũng như điều khiển luồng thông tin đều đựoc sử dụng triệt để

Lớp 3: Lớp mạng (Network layer)

Lớp mạng là một lớp phức tạp nó cung cấp kết nối và chon lựa đường dẫn giữa hai hệ thống host toạ lạc trên các mạng tách biệt về mặt địa lý

Lớp 2: Lớp liên kết dữ liệu (Data link layer)

Lớp liên kết dữ liệu cung cấp khả năng chuyển dữ liệu tin cậy xuyên qua một liên kết vật lý Trong khi làm công việc này, lớp liên kết dữ liệu gắn liền với lược

đồ đánh địa chỉ vật lý, cấu hình mạng, truy xuất mạng, thông báo lỗi, thứ tự phân phối Frame, và điều khiển luồng

Lớp 1: Lớp vật lý (Phisical layer)

Lớp vật lý định nghĩa các quy cách về điện, cơ, thủ tục và các đặc tả chức năng

để kích hoạt, duy trì và dừng một liên kết vật lý giữa các hệ thống đầu cuối Các đặc trưng như các mức điện áp, định thời thay đổi điện áp, tốc độ chuyển dữ liệu vật lý, cự li truyền tối đa, các đầu nối vật lý và những thuộc tính tương tự khác đều được định nghĩa bởi các đặc tả lớp vật lý

1.3.2.3 Sự đóng gói

Tất cả các hoạt động truyền tin trên mạng đều bắt đầu từ một nguồn và nhắm đến một đích, thông tin được gửi lên mạng được tham khảo đến như là dữ liệu hay

là các gói dữ liệu Hai máy tính muốn gửi dữ liệu cho nhau, trước hết dữ liệu phải

được đóng gói bởi một quá trình gọi là đóng gói (encapsulation)

Hoạt động đóng gói sẽ gói dữ liệu cùng với các thông tin giao thức cần thiết trước khi chuyển đi Do đó, khi dữ liệu chuyển xuống xuyên qua các lớp của mô hình OSI, nó tiếp nhận các header, các trailer, và các thông tin khác (header có nghĩa là các thông tin địa chỉ được thêm vào)

Hình 1.3: Mô hình đóng gói dữ liệu.

Năm bước đóng gói dữ liệu:

1 Xây dựng dữ liệu: Khi một user gửi một bức thư, các ký tự alphabet được chuyển

đổi thành dạng dữ liệu có thể di chuyển xuyên qua liên mạng

2 Gói dữ liệu để vận chuyển đầu cuối đến đầu cuối: dữ liệu được đóng gói để vận

chuyển qua liên mạng Bằng cách dùng các phân đoạn dữ liệu (segment), chức năng vận chuyển đảm bảo rằng các chủ của thông điệp tại cả hai đầu cuối của hệ thông email có thể liên lạc một cách tin cậy

3 Gắn địa chỉ mạng vào header: dữ liệu được đặt trong một gói (packet) hay

datagram chứa một header mạng với các địa chỉ luận lý của nguồn và đích Các điạ chỉ này giúp các thiết bị mạng gửi gói dữ liệu qua mạng dọc theo đường dẫn đã chọn

4 Gắn địa chỉ cục bộ vào vào header liên kết dữ liệu: mỗi thiết bị mạng phải đặt gói

vào trong một frame Frame cho phép kết nối đến thiết bị mạng kế tiếp được nối trực tiếp trên liên kết Mỗi thiết bị mạng trên đường dẫn mạng đã chọn yêu cầu đóng frame để nó kết nối được đến thiết bị kế tiếp

5 Chuyển đổi thành các bit để truyền: frame phải được chuyển đổi thành các mẫu

bit 1 và 0 để truyền trên môi trường Một chức năng đồng bộ (clocking) cho phép các thiết bị phân biệt các bit này khi chúng di chuyển qua môi trường Môi trường trên liên mạng về mặt vật lý có thể thay đổi dọc theo đường dẫn

Ví dụ: Thông điệp email có thể bắt nguồn từ một LAN, xuyên qua một backbone của khuôn viên doanh nghiệp, đi ra các liên kết WAN cho đến khi đạt đến đích của nó trên một LAN khác ở xa Các header và trailer đựoc thêm vào khi dữ liệu di chuyển xuống các lớp của mô hình OSI

1.3.3 So sánh mô hình OSI và mô hình TCP/IP

1.4.3.1 Vai trò của mô hình tham chiếu TCP/IP

Mặc dù mô hình tham chiếu OSI được chấp nhận rộng rãi khắp nơi, nhưng chuẩn mở về kỹ thuật mang tính lịch sử của Internet lại là TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) Mô hình tham chiếu TCP/IP và chồng giao thức TCP/IP tạo khả năng truyền dữ liệu giữa hai máy tính từ bất kỳ nơi nào trên thế giới, với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng Mô hình TCP/IP có tầm quan trọng trong lịch sử, gần giống như các chuẩn đã cho phép điện thoại, năng lượng điện, đường sắt, truyền hình và công nghệ băng hình phát triển cực thịnh

1.3.3.2 Gọi tên và mô tả các lớp của mô hình tham chiếu TCP/IP

Bộ quốc phòng Mỹ gọi tắt là DoD (Department of Defense) đã tạo ra mô hình tham chiếu TCP/IP vì muốn một mạng có thể tồn tại trong bất cứ điều kiện nào,

ngay cả khi có chiến tranh hạt nhân DoD muốn các gói dữ liệu xuyên suốt mạng vào mọi lúc, dưới bất cứ điều kiện nào, từ bất cứ một điểm đến một điểm khác Đây

là một bài toán thiết kế cực kỳ khó khăn mà từ đó làm nảy sinh ra mô hình TCP/IP,

vì vậy đã trở thành chuẩn Internet để phát triển

1.3.3.2.1 Sơ đồ giao thức của TCP/IP

Hình 1.4: Sơ đồ giao thức TCP/IP

Lớp ứng dụng:

Các nhà thiết kế TCP/IP cảm thấy rằng các giao thức mức cao nên bao gồm các chiết của lớp trình bày và lớp phiên Để đơn giản, họ tạo ra một lớp ứng dụng kiểm soát các giao thức mức cao, các vấn đề của lớp trình bày, mã hoá và điều khiển hội thoại TCP/IP tập hợp tất cả các vấn đề liên quan đến ứng dụng vào trong một lớp,

và đảm bảo dữ liệu được đóng gói một cách thích hợp cho lớp kế tiếp

Lớp vận chuyển:

Lớp vận chuyển đề cập đến các vấn đề chất lượng dịch vụ như độ tin cậy, điều khiển luồng và sửa lỗi Một trong các giao thức của nó la TCP, TCP cung cấp các phương thức linh hoạt và hiệu quả để thực hiện các hoạt động truyền dữ liệu tin

cậy, hiệu xuất cao và ít lỗi TCP là giao thức có tạo cầu nối (connection-oriented)

Nó tiến hành hội thoại giữa nguồn và đích trong khi bọc thông tin lớp ứng dụng thành các đơn vị gọi là segment.Tạo cầu nối không có nghĩa là tồn tại một mạch thực sự giữa hai máy tính, thay vì vậy nó có nghĩa là các segment của lớp 4 di chuyển tới và lui giữa hai host để công nhận kết nối tồn tại một cách luận lý trong một khoảng thời gian nào đó Điều này coi như chuyển mạch gói (packet switching)

Lớp Internet:

Mục tiêu của lớp Internet là truyền các gói tin bắt nguồn từ bất kỳ mạng nào trên liên mạng và đến được đích trong điều kiện độc lập với đường dẫn và các mạng mà chúng đã trải qua Giao thức đặc trưng không chế lớp này được gọi là IP Công việc xác định dường dẫn tốt nhất và hoạt động chuyển mạch gói diễn ra tại lớp này

Lớp truy xuất mạng:

Tên của lớp này có nghĩa khá rộng và có phần hơi rối rắm Nó cũng được gọi là lớp host-to-network Nó là lớp liên quan đến tất cả các vấn đề mà một gói IP yêu cầu để tạo một liên kết vật lý thực sự, và sau đó tạo một liên kết vật lý khác Nó bao gồm các chi tiết kỹ thuật LAN và WAN, và tất cả các chi tiết trong lớp liên kết dữ liệu cũng như lớp vật lý của mô hình OSI

Tại lớp ứng dụng, các dịch vụ mạng mà không nhìn thấy nhưng đang được sử dụng hàng ngày:

• FTP – File Transfer Protocol

• HTTP – Hypertext Transfer Protocol

• SMTP – Simple Mail Transfer Protocol

• DNS – Domain Name System

• TFTP – Trivial File Transfer Protocol

Mô hình TCP/IP hướng đến tối đa độ linh hoạt tại lớp ứng dụng cho người phát triển phần mềm Lớp vận chuyển liên quan đến hai giao thức TCP và UDP (User

Datagram Protocol) Lớp cuối cùng, lớp truy xuất mạng liên kết đến các kỹ thuật LAN hay WAN đang được dùng.

Trong mô hình TCP/IP không cần quan tâm đến ứng dụng nào yêu cầu các dịch

vụ mạng, và không cần quan tâm đến giao thức vận chuyển nào đang được dùng, chỉ có một giao thức mạng IP Đây là một quyết định thiết kế có cân nhắc kỹ IP phục vụ như một giao thức đa năng cho phép bất kỳ máy tính nào, ở bất cứ đâu, truyền dữ liệu vào bất cứ thời điểm nào

1.3.3.3 So sánh mô hình OSI và mô hình TCP/IP

Hình 1.5: Mô hình TCP/IP và mô hình OSI.

Các điểm giống nhau:

• Cả hai đều là phân lớp

• Cả hai đều có lớp ứng dụng, qua đó chúng có nhiều dịch vụ khác nhau

• Cả hai có các lớp mạng và lớp vận chuyển có thể so sánh được

• Kỹ thuật chuyển mạch gói được chấp nhận

• Chuyên viên lập mạng cần phải biết cả hai

Các điểm khác nhau:

• TCP/IP tập hợp các lớp trình bày và lớp phiên vào trong lớp ứng dụng của nó

• TCP/IP tập hợp lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu trong OSI vào một lớp.

• TCP/IP biểu hiện đơn giản hơn vì có ít lớp hơn

• Các giao thức TCP/IP là các chuẩn cơ sở cho Internet phát triển, như vậy

mô hình TCP/IP chiếm được niềm tin chỉ vì các giao thức của nó Ngược lại, các mạng thông thường không được xây dựng dựa trên OSI, ngay cả khi OSI dùng như một hướng dẫn Nói cách khác OSI là một văn phạm nghèo nàn và thiếu sót

- Định nghĩa phương thức đánh địa chỉ IP

- Truyền dữ liệu giữa tầng vận chuyển và tầng mạng

- Định tuyến để chuyển các gói dữ liệu trong mạng

- Thực hiện việc phân mảnh và hợp nhất (fragmentation -reassembly) các gói

dữ liệu và nhúng / tách chúng trong các gói dữ liệu ở tầng liên kết

Sơ đồ địa chỉ hoá để định danh các trạm (host) trong liên mạng được gọi là địa chỉ IP Mỗi địa chỉ IP có độ dài 32 bits (đối với IP4) được tách thành 4 vùng (mỗi vùng 1 byte), có thể được biểu thị dưới dạng thập phân, bát phân, thập lục phân hoặc nhị phân Cách viết phổ biến nhất là dùng ký pháp thập phân có dấu chấm để tách giữa các vùng Mục đích của địa chỉ IP là để định danh duy nhất cho một host bất kỳ trên liên mạng

Có hai cách cấp phát địa chỉ IP, nó phụ thuộc vào cách ta kết nối mạng Khi mạng kết nối vào mạng Internet, địa mạng chỉ được xác nhận bởi NIC (Network Information Center) Khi mạng không kết nối Internet, người quản trị mạng sẽ cấp phát địa chỉ IP cho mạng này Còn các host ID được cấp phát bởi người quản trị mạng

Khuôn dạng địa chỉ IP: mỗi host trên mạng TCP/IP được định danh duy nhất bởi một địa chỉ có khuôn dạng

<Network Number, Host number>

- Phần định danh địa chỉ mạng Network Number

- Phần định danh địa chỉ các trạm làm việc trên mạng đó Host Number

Ví dụ 128.4.70.9 là một địa chỉ IP

1.4.2 Mô hình các lớp

Do tổ chức và độ lớn của các mạng con của liên mạng có thể khác nhau, người

ta chia các địa chỉ IP thành 5 lớp ký hiệu A, B, C, D, E với cấu trúc được xác định

Hình 1.6: Các lớp của một địa chỉ IP.

Các bit đầu tiên của byte đầu tiên được dùng để định danh lớp địa chỉ (0-lớp A; 10 lớp B; 110 lớp C; 1110 lớp D; 11110 lớp E)

- Lớp A cho phép định danh tới 126 mạng (sử dụng byte đầu tiên), với tối đa 16 triệu host (3 byte còn lại, 24 bits) cho mỗi mạng Lớp này được dùng cho các mạng có số trạm cực lớn Tại sao lại có 126 mạng trong khi dùng 8 bits? Lí do đầu tiên, 127.x (01111111) dùng cho địa chỉ loopback, thứ 2 là bit đầu tiên của byte đầu tiên bao giờ cũng là 0, 1111111(127) Dạng địa chỉ lớp A (network number host.host.host) Nếu dùng ký pháp thập phân cho phép 1 đến 126 cho vùng đầu, 1 đến 255 cho các vùng còn lại

- Lớp B cho phép định danh tới 16384 mạng (10111111.11111111.host.host), với tối đa 65535 host trên mỗi mạng Dạng của lớp B (network number Network number.host.host) Nếu dùng ký pháp thập phân cho phép 128 đến 191 cho vùng đầu, 1 đến 255 cho các vùng còn lại

- Lớp C cho phép định danh tới 2.097.150 mạng và tối đa 254 host cho mỗi mạng Lớp này được dùng cho các mạng có ít trạm Lớp C sử dụng 3 bytes đầu định danh địa chỉ mạng (110xxxxx) Dạng của lớp C (network number Network number.Network number.host) Nếu dùng dạng ký pháp thập phân cho phép 129 đến 233 cho vùng đầu và từ 1 đến 255 cho các vùng còn lại.

- Lớp D dùng để gửi IP datagram tới một nhóm các host trên một mạng Tất

cả các số lớn hơn 233 trong trường đầu là thuộc lớp D

- Lớp E dự phòng để dùng trong tương lai

Như vậy địa chỉ mạng cho lớp: A: từ 1 đến 126 cho vùng đầu tiên, 127 dùng cho địa chỉ loopback, B từ 128.1.0.0 đến 191.255.0.0, C từ 192.1.0.0 đến 233.255.255.0

Ví dụ:

192.1.1.1 địa chỉ lớp C có địa chỉ mạng 192.1.1.0, địa chỉ host là 1

200.6.5.4 địa chỉ lớp C có địa chỉ mạng 200.6.5, địa chỉ mạng là 4

150.150.5.6 địa chỉ lớp B có địa chỉ mạng 150.150.0.0, địa chỉ host là 5.6 9.6.7.8 địa chỉ lớp A có địa chỉ mạng 9.0.0.0, địa chỉ host là 6.7.8

128.1.0.1 địa chỉ lớp B có địa chỉ mạng 128.1.0.0, địa chỉ host là 0.1

CHƯƠNG 2:

TÌM HIỂU VỀ ROUTER 2.1 Giới thiệu chung về Router

Do hoạt động ở tầng thứ 3 của mô hình OSI, router sẽ hiểu được các giao thức (protocol) và quyết định phương thức truyền dữ liệu Các địa chỉ

mà router hiểu là các địa chỉ “giả” được quy định bởi các giao thức (protocol) Ví dụ như địa chỉ IP đối với protocol TCP/IP, địa chỉ IPX đối với protocol IPX…

Do đó tùy theo cấu hình, router quyết định phương thức và đích đến của việc chuyển các gói (packet) từ nơi này sang nơi khác Một cách tổng quát router sẽ chuyển packet theo các bước sau:

- Đọc packet

- Gỡ bỏ dạng format quy định bởi protocol của nơi gửi

- Thay thế phần gỡ bỏ đó bằng dạng format của protocol của đích đến

- Cập nhật thông tin về việc chuyển dữ liệu: địa chỉ, trạng thái của nơi gửi, nơi nhận Gửi packet đến nơi nhận qua đường truyền tối ưu nhất

2.1.3 Cấu tạo router và các kết nối

2.1.3.1 Các thành phần bên trong Router

Cấu trúc chính xác của router rất khác nhau tuỳ theo từng phiên bản router

Trong phần này chỉ giới thiệu về các thành phần cơ bản của router

2.1.3.2 CPU – Đơn vị xử lý trung tâm

Thực thi các câu lệnh của hệ điều hành để thực hiện các nhiệm vụ sau: khởi động hệ thống, định tuyến, điều khiển các cổng giao tiếp mạng CPU là một

bộ giao tiếp mạng CPU là một bộ vi xử lý Trong các router lớn có thể có nhiều CPU

2.1.3.4 Flash

Bộ nhớ Flash được sử dụng để lưu toàn bộ phần mềm hệ điều hành Cisco IOS Mặc định là router tìm IOS của nó trong flash Bạn có thể nâng cấp hệ điều hành bằng cách chép phiên bản mới hơn vào flash Phần mềm IOS có thể ở dưới dạng nén hoặc không nén Đối với hầu hết các router, IOS được chép lên RAM trong quá trình khởi động router Còn có một số router thì IOS có thể chạy trực tiếp trên flash mà không cần chép lên RAM Bạn có thể gắn thêm hoặc thay th ế các thanh SIMM hay card PCMCIA để nâng dung lượng flash.

2.1.3.5 NVRAM (Non-volative Random-access Memory):

Là bộ nhớ RAM không bị mất thông tin, được sử dụng để lưu tập tin cấu hình

Trong một số thiết bị, flash và NVRAM là cùng một bộ nhớ Trong cả hai trường hợp, nội dung của NVRAM vẫn được lưu giữ khi tắt điện

2.1.3.6 Bus

Phần lớn các router đều có bus hệ thống và CPU bus Bus hệ thống được

sử dụng để thông tin liên lạc giữa CPU với các cổng giao tiếp và các khe

mở rộng Loại bus này vận chuyển dữ liệu và các câu lệnh đi và đến các địa chỉ của ô nhớ tương ứng

2.1.3.7 ROM (Read Only Memory)

Là nơi lưu đoạn mã của chương trình kiểm tra khi khởi động Nhiệm vụ chính của ROM là kiểm tra phần cứng của router khi khởi động, sau đó chép phần mềm Cisco IOS từ flash vào RAM Một số router có thể có phiên bản IOS cũ dùng làm nguồn khởi động dự phòng Nội dung trong ROM không thể xoá được Ta chỉ có thể nâng cấp ROM bằng cách thay chip ROM mới

Hình 2.1: Mô hình cấu trúc Router

2.1.4.Các loại kết nối ngoài của Router

Router có ba loại kết nối cơ bản là: cổng LAN, WAN và cổng quản lý Router Cổng giao tiếp LAN cho phép Router kết nối vào môi trường mạng cục bộ LAN Thông thường, cổng giao tiếp LAN là cổng Ethernet Ngoài ra cũng có cổng Token Ring và ATM (Asynchronous Tranfer Mode)

Kết nối mạng WAN cung cấp kết nối thông qua các nhà cung cấp dị ch

vụ đến các chi nhánh ở xa hoặc kết nối vào Internet Loại kết nối này có thể là nối tiếp hay bất kỳ loại giao tiếp WAN, bạn cần phải có them một thiết bị ngoại vi như CSU chẳng hạn để nối Router đến nhà cung câp dịch

vụ Đối với một số loại giao tiếp WAN khác thì bạn có thể kết nối trực tiếp Router của mình đến nhà cung cấp dịch vụ Chức năng của port quản lý hoàn toàn khác với hai loại trên kết nối LAN, WAN để kết nối Router và mạng để Router nhận và phát các gói dữ liệu Trong khi đó, port quản lý cung cấp cho bản một kết nối dạng văn bản để bạn có thể cấu hình hoặc xử lý trên Router Cổng quản lý thường là cổng console hoặc cổng AUX ( Auxilliary) Đây là loại cổng nối tiếp bất đồng bộ EIA-232 Các cổng này kết nối vào cổng COM trên máy tính Trên máy tính, chúng ta sử dụng chương trình mô phỏng thiết bị đầu cuối để thiết lập phiên kết nối dạng văn bản vào Router Thông qua kiểu kết nối này, người quản trị mạng có thể quản lý thiết bị của mình

Hình 2.2: Cổng LAN, WAN và cổng quản lý Router

2.2 Nguyên tắc hoạt động của Router

Như ta đã biết tại tầng network của mô hình OSI, chúng ta thường sử dụng các loại địa chỉ mang tính chất quy ước như IP, IPX… Các địa chỉ này

là các địa chỉ có hướng, nghĩa là chúng được phân thành hai phần riêng biệt là phần địa chỉ network và phần đị a chỉ host Cách đánh số địa chỉ như vậy nhằm giúp cho việc tìm ra các đường kết nối từ hệ thống mạng này sang hệ thống mạng khác được dễ dàng hơn Các địa chỉ này có thể được thay đổi theo tùy ý người sử dụng Trên thực tế, các card mạng chỉ có thể kết nối với nhau theo địa chỉ MAC, địa chỉ cố định và duy nhất của phần cứng

Do vậy ta phải có một phương pháp để chuyển đổi các dạng địa chỉ này qua lại với nhau Từ đó ta có giao thức phân giải địa chỉ: Address Resolution Protocol (ARP)

ARP là một protocol dựa trên nguyên tắc: khi một thiết bị mạng muốn biết địa chỉ MAC của một thiết bị mạng nào đó mà nó đã biết địa chỉ ở tầng network (IP, IPX ) nó sẽ gửi một ARP request bao gồm địa chỉ MAC address của nó và đị a chỉ IP của thiết bị mà nó cần biết MAC address trên toàn bộ một miền broadcast Mỗi một thiết bị nhận được request này sẽ

so sánh địa chỉ IP trong request với địa chỉ tầng network của mình Nếu trùng địa chỉ thì thiết bị đó phải gửi ngược lại cho thi ết bị gửi ARP request một packet (trong đó có chữa địa chỉ MAC của mình)

Trong một hệ thống mạng đơn giản, ví dụ như máy A muốn gửi packet đến máy B và nó chỉ biết được địa chỉ IP của máy B Khi đó máy A sẽ phải gửi một ARP broadcast cho toàn mạng để hỏi xem "địa chỉ MAC của máy

có địa chỉ IP này là gì?" Khi máy B nhận được broadcast này, nó sẽ so sánh địa chỉ IP trong packet này với địa chỉ IP của nó Nhận thấy địa chỉ đó là địa chỉ của mình, máy B sẽ gửi lại một packet cho máy B trong đó có chứa địa chỉ MAC của B Sau đó máy A mới bắt đầu truyền packet cho B

Trong một môi trường phức tạp hơn: hai hệ thống mạng gắn với nhau thông qua một Router C Máy A thuộc mạng A muốn gửi packet đến máy

B thuộc mạng B Do các broadcast không thể truyền qua Router nên khi đó máy A sẽ xem Router C như một cầu nối để truyền dữ liệu Trước đó, máy

A sẽ biết được địa chỉ IP của Router C (port X) và biết được rằng để truyền packet tới B phải đi qua C Tất cả các thông tin như vậy sẽ được chứa trong một bảng gọi là bảng Routing (Routing table) Bảng Routing table theo cơ chế này được lưu giữ trong mỗi máy Routing table chứa thông tin

về các gateway để truy cập vào một hệ thông mạng nào đó Ví dụ trong trường hợp trên trong bảng sẽ chỉ ra rằng để đi tới LAN B phải qua port X của