Giao thức tầng mạng chapter04

Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 Chương Giao thức tầng mạng (network layer) Đặng Xuân Hà Computer Networking 2006 Dept of CS, HAU1 Ch4 The Network Layer 4.1 - Giới thiệu chức tầng mạng 4.2 - Network service model (VC and Datagram) 4.3 - Thiết bị tầng mạng - Bộ định tuyến (router) 4.4 - Giao thức IP (Internet Protocol) 4.5 - Giải thuật chọn đường (Routing Algorithms) 4.6 - Chọn đường mạng Internet 1-6/2006 Chương Giao thức tầng mạng Chức tầng mạng „ Truyền gói tin (packets) từ sending application host tới receiving host transport … „ „ segment Æ packets (datagrams) network data link physical Network layer cài đặt router end system Chức năng: … … … 1-6/2006 chọn đường (path selection): có nhiều đường đi, gói tin theo đường nào? chuyển mạch (switching, forwarding): chuyển gói tin từ cổng vào tới cổng router cách thích hợp thiết lập liên kết (call setup): số kiến trúc mạng cần thiết lập kênh truyền trước truyền Chương Giao thức tầng mạng 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 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 Routing & switching in routers routing algorithm local forwarding table header value output link 0100 0101 0111 1001 2 value in arriving packet’s header 0111 1-6/2006 Chương Giao thức tầng mạng Ch4 The Network Layer 4.1 - Giới thiệu chức tầng mạng 4.2 - Network service model (VC and Datagram) 4.3 - Thiết bị tầng mạng - Bộ định tuyến (router) 4.4 - Giao thức IP (Internet Protocol) 4.5 - Giải thuật chọn đường (Routing Algorithms) 4.6 - Chọn đường mạng Internet 1-6/2006 Chương Giao thức tầng mạng Network service model „ Tầng mạng cung cấp dịch vụ cho tầng Transport: … tin cậy vào tầng network? gói tin có đến đích thứ tự gửi? … thời gian truyền có đảm bảo? … có phản hồi tình trạng nghẽn mạng? … „ Hai model tầng mạng: … kênh … lược 1-6/2006 ảo (virtual circuit) đồ (gam) liệu (datagram) Chương Giao thức tầng mạng Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 Virtual Circuit „ Thiết lập liên kết trước truyền liệu huỷ bỏ liên kết sau truyền xong … VC setup: trước truyền, tầng mạng phải thiết lập kênh truyền ảo (VC) từ sender tới receiver (đã biết địa chỉ) … Data transfer: liệu truyền qua VC … VC teardown: sender receiver muốn ngắt VC, thông báo cho network layer biết, network layer huỷ bỏ VC Æ Còn gọi connection-oriented „ „ Mỗi gói tin chứa thêm thông tin kênh mà qua (VC identifier number) Các routers/packet switches kênh ảo (VC) nắm giữ trạng thái kênh qua 1-6/2006 Chương Giao thức tầng mạng Virtual Circuit: Signaling protocol „ „ Giao thức truyền thông điệp end system network layer để yêu cầu thiết lập, huỷ bỏ VC; thiết bị chuyển mạch (switches) để thiết lập VC Được sử dụng mạng ATM, Frame Relay, X.25 application transport Data flow begins network Call connected data link Initiate call physical 1-6/2006 application transport network data link physical host A Receive data application Accept call transport incoming call network data link physical Chương Giao thức tầng mạng application transport network data link physical server B Sự khác biệt liên kết tầng Transport Network? application transport network data link physical 1-6/2006 application transport network data link physical Chương Giao thức tầng mạng Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 Datagram network „ „ „ „ Không thiết lập kênh truyền Các thiết bị chuyển mạch không cần nắm giữ trạng thái kênh Gói tin truyền dựa địa receiving host Đường gói tin hai host khác application transport network data link Send data physical application transport Receive data network data link physical 10 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 Network taxonomy (review) communication networks switched networks circuit-switched networks (vd telephone) FDM 1-6/2006 TDM broadcast networks (vd Radio, Broadcast TV) packet-switched networks virtual circuitswitched networks (vd ATM) datagram networks (vd Internet) Chương Giao thức tầng mạng 11 Datagram or VC network: why? Internet „ „ „ ATM Mạng máy tính: … dịch vụ nhạy cảm … không giới hạn thời gian Các hệ thống cuối “thông minh” (computer): … có khả thích nghi, kiểm soát, khôi phục lỗi … kiến trúc bên mạng đơn giản kết nối mạng phức tạp Nhiều dạng liên kết mạng dẫn đến dịch vụ (kênh) không thích hợp 1-6/2006 „ „ „ Mạng điện thoại (chuyển mạch kênh) Tương tác người-người đòi hỏi: … thời gian truyền … độ tin cậy … dịch vụ phải đảm bảo Các thiết bị cuối đơn giản, dường cố định: … điện thoại … mức độ phức tạp nằm bên mạng Chương Giao thức tầng mạng 12 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 Ch4 The Network Layer 4.1 - Giới thiệu chức tầng mạng 4.2 - Network service model (VC and Datagram) 4.3 - Thiết bị tầng mạng - Bộ định tuyến (router) 4.4 - Giao thức IP (Internet Protocol) 4.5 - Giải thuật chọn đường (Routing Algorithms) 4.6 - Chọn đường mạng Internet Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 13 Bộ định tuyến – router „ „ Thực thi giải thuật chọn đường (routing algorithms) Chuyển tiếp (forwarding) gói tin từ cổng vào tới cổng thích hợp Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 14 Input ports Physical layer: bit-level reception Data link layer: e.g., Ethernet Decentralized switching: „ „ 1-6/2006 sử dụng forwarding table có input port memory để tra cứu output port queuing: gam liệu (datagram) đến nhanh quá, cần phải xếp hàng chờ xử lý Chương Giao thức tầng mạng 15 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 Các cấu chuyển mạch (switching fabrics) 1-6/2006 Chương Giao thức tầng mạng 16 Output ports „ „ Buffering: datagram gửi nhanh tốc độ xử lý, cần đưa vào đệm Scheduling discipline: chế lựa chọn datagram từ đệm để tiếp tục gửi 1-6/2006 Chương Giao thức tầng mạng 17 Ch4 The Network Layer 4.1 - Giới thiệu chức tầng mạng 4.2 - Network service model (VC and Datagram) 4.3 - Thiết bị tầng mạng - Bộ định tuyến (router) 4.4 - Giao thức IP (Internet Protocol) 4.5 - Giải thuật chọn đường (Routing Algorithms) 4.6 - Chọn đường mạng Internet 1-6/2006 Chương Giao thức tầng mạng 18 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 The Internet (TCP/IP) network layer Network layer thực thi end system router! Transport layer: TCP, UDP Network layer IP protocol •addressing conventions •datagram format •packet handling conventions Routing protocols •path selection •RIP, OSPF, BGP routing table ICMP protocol •error reporting •router “signaling” Link layer physical layer 19 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 IP datagram format IP protocol version number header length (bytes) “type” of data max number remaining hops (decremented at each router) upper layer protocol to deliver payload to = TCP; 17 = UDP 32 bits ver head type of len service length fragment 16-bit identifier flgs offset time to upper Internet layer live checksum total datagram length (bytes) for fragmentation/ reassembly 32 bit source IP address 32 bit destination IP address Options (if any) data (variable length, typically a TCP or UDP segment) Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 E.g timestamp, record route taken, specify list of routers to visit 20 IP Fragmentation & Reassembly „ Fragmentation: gam liệu (datagram) lớn chia thành nhiều gam liệu nhỏ … „ Do đường truyền nút (link) có tốc độ giới hạn, cho phép truyền đơn vị liệu có kích thước tối đa MTU (Max Transfer Unit) fragmentation: in: one large datagram out: smaller datagrams reassembly Reassembly: Các gam liệu nhỏ hợp thành gam liệu lớn (ngược lại) điểm đến cuối 1-6/2006 Chương Giao thức tầng mạng 21 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 length ID fragflag offset =4000 =x =0 =0 Example „ 4000 byte datagram „ MTU = 1500 bytes gam liệu lớn chia thành nhiều gam liệu nhỏ length ID fragflag offset =1500 =x =1 =0 1480 bytes in data field length ID fragflag offset =1500 =x =1 =185 offset = 1480/8 length ID fragflag offset =1040 =x =0 =370 22 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 IPv4 Addressing: introduction „ „ IP address: Số 32-bit định danh giao diện mạng (interface) Interface (NIC - Network Interface Card): giao diện kết nối mạng từ nút mạng tới mạng … … host interface: máy tính thường có NIC, cho phép nối vào đường liên kết router interface: router thường có nhiều giao diện mạng 223.1.1.1 223.1.1.2 223.1.1.4 32-bit = số 8-bit Æ dạng thập phân dễ nhớ: 223.1.1.3 223.1.1.1 = 11011111 00000001 00000001 00000001 223 1 223.1.2.1 223.1.2.9 223.1.2.2 223.1.3.27 223.1.3.2 223.1.3.1 23 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 Mạng & mạng (subnet) „ „ Internet = network of networks Địa IP bao gồm phần: … … Các bit cao dành cho network Các bit thấp dành cho host 223.1.1.1 223.1.1.2 223.1.1.4 223.1.1.3 „ 223.1.3.27 223.1.2.2 LAN Network: … Mạng tạo interface có phần network IP addr giống … Các host network trao đổi liệu không cần thông qua router 1-6/2006 223.1.2.1 223.1.2.9 223.1.3.1 network = IP networks Chương Giao thức tầng mạng 223.1.3.2 24 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 IP addressing: Class-full Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 25 Subnet „ Đôi cần chia nhỏ mạng thành mạng nhỏ (subnet) „ Ví dụ: Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 26 Subnet mask „ Một interface mạng cần có: … IP address nạ mạng (subnet mask): … Mặt „ „ „ Là số 32 bit bao gồm bit cao = bit thấp = Các bit quy định subnet, bit quy định địa host từ subnet mask xác định ranh giới địa mạng địa interface (host) Ví dụ: Subnet gồm host 192.168.10.x, host có thông số sau: … IP = 192.168.10.1 = 255.255.255.0 (111111111.11111111.11111111.00000000) … SM „ Kiểm tra xem hai IP có subnet không? … (IP1 1-6/2006 XOR IP2) AND SM = 0? Chương Giao thức tầng mạng 27 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 Network addr, Broadcast loopback Để ám mạng, thay địa host bit 0, ví dụ: 192.168.10.0 „ Broadcast: „ … Địa host thay bit 1, vd: 192.168.10.255 gói tin có ip đích dạng broadcast gửi cho host mạng … Các „ Loopback ip: 127.x.x.x … gói tin coi gửi tới từ nút khác dùng 127.0.0.1 … thường 28 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 IP addressing: CIDR Class-full addressing: phân lớp cứng nhắc, không thích hợp „ CIDR (Classless InterDomain Routing): „ … Vị trí ngăn cách net addr host addr tuỳ ý format: a.b.c.d/x, với x số lượng bit dành cho net addr … addr network part host part 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/23 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 29 IP addresses: how to get one? „ Làm để có địa IP cho host? … Người quản trị hệ thống thiết lập (TCP/IP properties Windows 2000/XP) … RARP (Reverse Address Resolution Protocol): „ RARP server cung cấp IP cho client dựa bảng cấu hình sẵn có (từ địa vật lý (MAC) Æ IP) … BOOTP „ … DHCP „ „ 1-6/2006 (BOOTstrap Protocol): BOOTP server cung cấp IP cho client dựa bảng cấu hình sẵn có (Dynamic Host Configuration Protocol): Giao thức cấp phát địa IP động DHCP server phụ trách việc cấp phát/thu hồi IP cho/từ DHCP client Client nhận IP khác tuỳ thời điểm kết nối Chương Giao thức tầng mạng 30 10 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 Phân cấp địa Internet - ISP ICANN: Internet Corporation for Assigned Names and Numbers ISP's block 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/20 Organization Organization Organization Organization 11001000 00010111 00010000 00000000 11001000 00010111 00010010 00000000 11001000 00010111 00010100 00000000 … … 11001000 00010111 00011110 00000000 200.23.16.0/23 200.23.18.0/23 200.23.20.0/23 … 200.23.30.0/23 Organization 200.23.16.0/23 Organization 200.23.18.0/23 Organization 200.23.20.0/23 Organization Fly-By-Night-ISP “Send me anything with addresses beginning 200.23.16.0/20” Internet 200.23.30.0/23 “Send me anything with addresses beginning 199.31.0.0/16” ISPs-R-Us 31 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 NAT: Network Address Translation rest of Internet local network (e.g., home network) 10.0.0/24 10.0.0.4 10.0.0.1 10.0.0.2 138.76.29.7 10.0.0.3 All datagrams leaving local network have same single source NAT IP address: 138.76.29.7, different source port numbers 1-6/2006 Datagrams with source or destination in this network have 10.0.0/24 address for source, destination (as usual) Chương Giao thức tầng mạng 32 NAT: Network Address Translation (cont) Giả sử LAN sử dụng IP giao tiếp với mạng „ Lợi điểm: „ … Không cần tìm dải IP từ ISP để cấp phát cho thiết bị mạng (máy trạm) dùng IP … Thay đổi IP máy trạm nội mà không ảnh hưởng tới mạng … Thay đổi ISP mà không cần thay đổi địa thiết bị mạng … Các thiết bị mạng không “nhìn thấy” từ mạng 1-6/2006 Chương Giao thức tầng mạng 33 11 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 NAT: Implementation NAT router: „ outgoing datagrams: replace (source IP address, port #) of every outgoing datagram to (NAT IP address, new port #) remote clients/servers will respond using (NAT IP address, new port #) as destination addr „ remember (in NAT translation table) every (source IP address, port #) to (NAT IP address, new port #) translation pair „ incoming datagrams: replace (NAT IP address, new port #) in dest fields of every incoming datagram with corresponding (source IP address, port #) stored in NAT table 34 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 NAT example 2: NAT router changes datagram source addr from 10.0.0.1, 3345 to 138.76.29.7, 5001, updates table NAT translation table WAN side addr LAN side addr 1: host 10.0.0.1 sends datagram to 128.119.40, 80 138.76.29.7, 5001 10.0.0.1, 3345 …… …… S: 10.0.0.1, 3345 D: 128.119.40.186, 80 S: 138.76.29.7, 5001 D: 128.119.40.186, 80 138.76.29.7 S: 128.119.40.186, 80 D: 138.76.29.7, 5001 10.0.0.4 10.0.0.2 S: 128.119.40.186, 80 D: 10.0.0.1, 3345 10.0.0.3 4: NAT router changes datagram dest addr from 138.76.29.7, 5001 to 10.0.0.1, 3345 3: Reply arrives dest address: 138.76.29.7, 5001 35 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 10.0.0.1 ICMP (Internet Control Message Protocol) „ Giao tiếp mức mạng hosts, routers … … „ ICMP coi thành phần IP … … „ thông báo lỗi (vd: không tìm đường đi, không gửi tin tới host, port…) echo request/reply mặt kiến trúc, ICMP thuộc tầng ứng dụng sử dụng UDP ICMP msg … … 1-6/2006 đóng gói IP datagrams/packet type + code + bytes of IP datagram Type 3 3 3 Code 0 10 11 12 0 0 Chương Giao thức tầng mạng description echo reply (ping) dest network unreachable dest host unreachable dest protocol unreachable dest port unreachable dest network unknown dest host unknown source quench (congestion control - not used) echo request (ping) route advertisement router discovery TTL expired bad IP header 36 12 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 IPv6 IPv4: sử dụng 32-bit địa IP không đủ??? „ IPv6: „ … sử dụng 128-bit địa tiêu đề (header) cung cấp khả xử lý nhanh hơn, chất lượng (QoS) … 40 bytes header … không cho phép phân mảnh (fragmentation) … ICMP v6 … phần 1-6/2006 Chương Giao thức tầng mạng 37 IPv6: datagram format „ „ „ ver: phiên (6=v6, 4#v4!!) priority: thứ tự gói tin flow flow: nhãn luồng mà gói tin thuộc … ứng dụng đòi hỏi chất lượng cao Æ flow … ứng dụng không đòi hỏi chất lượng Æ không coi flow „ next header: giao thức tầng 1-6/2006 Chương Giao thức tầng mạng 38 IPv6: chuyển đổi IPv4 Æ IPv6 Chuyển đổi tất hosts, routers sang sử dụng IPv6: không thể!!! „ Chuyển đổi dần dần: „ … tồn nút mạng IPv4 IPv6 có khả xử lý gói tin IPv4 … Tunneling: gói tin IPv6 coi phần data (payload) IPv4 qua nút mạng IPv4 … IPv6 1-6/2006 Chương Giao thức tầng mạng 39 13 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 Tunneling Logical view: Physical view: A B IPv6 IPv6 A B IPv6 IPv6 Flow: X Src: A Dest: F F C D IPv6 IPv6 E F IPv4 IPv4 IPv6 Src:B Dest: E Src:B Dest: E Flow: X Src: A Dest: F Flow: X Src: A Dest: F data data data A-to-B: IPv6 E tunnel B-to-C: IPv6 inside IPv4 B-to-C: IPv6 inside IPv4 IPv6 Flow: X Src: A Dest: F data E-to-F: IPv6 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 40 Ch4 The Network Layer 4.1 - Giới thiệu chức tầng mạng 4.2 - Network service model (VC and Datagram) 4.3 - Thiết bị tầng mạng - Bộ định tuyến (router) 4.4 - Giao thức IP (Internet Protocol) 4.5 - Giải thuật chọn đường (Routing Algorithms) 4.6 - Chọn đường mạng Internet Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 41 Forwarding & routing routing algorithm local forwarding table header value output link 0100 0101 0111 1001 2 value in arriving packet’s header 0111 1-6/2006 Chương Giao thức tầng mạng 42 14 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 Network: graph abstraction v u „ „ „ „ „ x w z y Network = Graph = G(N,E) N = tập hợp routers = { u, v, w, x, y, z } E = tập đường nối routers = { (u,v), (u,x), (v,x), (v,w), (x,w), (x,y), (w,y), (w,z), (y,z) } Trọng số = chi phí (cost): độ trễ, độ nghẽn mạng, cước phí… Đường tốt = đường có “chi phí” thấp Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 43 Routing Algorithm classification Thông tin tập trung hay phân tán? Tĩnh hay động? Tập trung: Tĩnh: „ router phải nắm giữ thông tin toàn „ đường thay đổi mạng (topology, link cost…) Động: „ “link state” algorithms „ đường thay đổi Phân tán: thường xuyên „ router nắm chi phí truyền tin tới … thông tin dẫn router nối trực tiếp với (hàng đường cập xóm) nhật định kỳ „ trình tính toán mang tính chất lặp lặp lại, trao đổi thông tin … link cost thay đổi routers „ “distance vector” algorithms Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 44 A Link-State Routing Algorithm „ Giải thuật Dijkstra: … tất nút mạng có thông tin liên kết toàn mạng … cho phép tìm đường từ nút tới tất nút lại „ Ký hiệu: … c(i,j): chi phí phải trả để từ i tới j (trực tiếp) … D(v): giá trị chi phí phải trả để từ đỉnh xuất phát tới đỉnh v … p(v): đỉnh trước đỉnh v đường ngắn … N: tập hợp đỉnh mà đường ngắn xác định 1-6/2006 Chương Giao thức tầng mạng 45 15 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 Dijsktra’s Algorithm Initialization: N = {A} for all nodes v if v kề với A then D(v) = c(A,v) else D(v) = ∞ Loop Tìm w không thuộc N cho D(w) nhỏ 10 N = N + w 11 for all v kề với w không thuộc N: 12 D(v) = min( D(v), D(w) + c(w,v) ) 13 until tất nút thuộc N Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 46 Dijkstra’s algorithm: example Step N A AD ADE ADEB ADEBC ADEBCF D(B),p(B) D(C),p(C) D(D),p(D) D(E),p(E) D(F),p(F) 1,A 2,A ∞ 5,A ∞ 2,A 2,D 4,D ∞ 2,A 3,E 4,E 3,E 4,E 4,E A B C D F E Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 47 Distance Vector Routing Algorithm Distance Table data structure nút mạng có bảng khoảng cách „ hàng: nút đến „ cột: nút đến trực tiếp (hàng xóm) „ Ví dụ: nút X, với đích Y đến qua nút Z: „ X D (Y,Z) chi phí cho đường (XÆZÆ…ÆY) = Z nút cần tới Z = c(X,Z) + minw{D (Y,w)} 1-6/2006 Chương Giao thức tầng mạng 48 16 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 Distance Table: example C E E D = 2+2 = D D (A,D) B D A 14 B C D 11 D D (C,D) = c(E,D) + minw {D (C,w)} E A = c(E,D) + minw {D (A,w)} = 2+3 = loop! E cost to destination via E D () destination A B B D (A,B) = c(E,B) + minw{D (A,w)} = 8+6 = 14 loop! 49 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 Distance table Æ routing table E cost to destination via Outgoing link to use, cost B D A 14 A A,1 B B D,5 C C D,4 D 11 D D,4 Distance table destination A destination D () Routing table Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 50 DV Algorithm: Initialization At all nodes, X: Initialization: for all adjacent nodes v: D X(*,v) = infinity /* the * operator means "for all rows" */ X D (v,v) = c(X,v) for all destinations, y X send D (y,w) to each neighbor /* w over all X's neighbors */ w 1-6/2006 Chương Giao thức tầng mạng 51 17 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 DV Algorithm: Loop loop wait (until I see a link cost change to neighbor V 10 or until I receive update from neighbor V) 11 12 if (c(X,V) changes by d) 13 /* change cost to all dest's via neighbor v by d */ 14 /* note: d could be positive or negative */ 15 for all destinations y: D X(y,V) = DX(y,V) + d 16 17 else if (update received from V wrt destination Y) 18 /* shortest path from V to some Y has changed */ 19 /* V has sent a new value for its w DV(Y,w) */ 20 /* call this received new value is "newval" */ 21 for the single destination y: D X(Y,V) = c(X,V) + newval 22 23 if we have a new minw DX(Y,w)for any destination Y 24 send new value of D X(Y,w) to all neighbors w 26 forever 52 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 DV Algorithm: example X Y Z Y X D (Z,Y) = c(X,Y) + minw {D (Z,w)} = 2+1 = Z X D (Y,Z) = c(X,Z) + minw{D (Y,w)} = 7+1 = Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 53 DV Algorithm: example X 1-6/2006 Y Z Chương Giao thức tầng mạng 54 18 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 Một vài so sánh (LS DV) Link-State „ „ „ „ Distance Vector Cần nắm thông tin toàn mạng n nút, E links, nE msgs gửi lần O(n2), nE msgs „ Mỗi nút tính toán bảng dẫn đường cho riêng „ „ „ Chỉ nắm giữ thông tin liên quan tới nút “hàng xóm” msgs gửi cho nút “hàng xóm” tốc độ hội tụ khác tuỳ tình huống, rơi vào trạng thái lặp vô hạn Thông tin dẫn đường nút sử dụng nút khác … Một nút gặp cố gây ảnh hưởng tới nút khác Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 55 Hierarchical Routing Dẫn đường theo mức mạng, do: „ Quy mô mạng Internet lớn: … … việc „ Nhu nút chứa tất ghi cho đích! cập nhật bảng dẫn đường tốn kém! cầu mạng tự trị … Internet = network of networks quản trị mạng muốn điều khiển việc dẫn đường (routing) mạng họ quản lý … người Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 56 Hierarchical Routing (cont) „ „ Phân vùng routers, tạo thành “autonomous systems” (AS) routers AS sử dụng chung giao thức tìm đường, gọi “intra-AS” routing protocol … routers AS khác sử dụng intra-AS routing protocol khác „ Gateway router: … router … sử đặc biệt AS dụng intra-AS routing protocol với routers khác AS … sử dụng inter-AS routing protocol với gateway routers khác 1-6/2006 Chương Giao thức tầng mạng 57 19 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 Hierarchical Routing (cont) C.b a C Gateways: B.a A.a b A.c d A a a c B •perform inter-AS routing amongst themselves •perform intra-AS routers with other routers in their AS b c b network layer inter-AS, intra-AS routing in gateway A.c link layer physical layer 58 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 Hierarchical Routing (cont) Inter-AS routing between A and B C.b a Host h1 1-6/2006 C b A.a A.c a d c b A Intra-AS routing within AS A B.a a c B Host h2 b Intra-AS routing within AS B Chương Giao thức tầng mạng 59 Ch4 The Network Layer 4.1 - Giới thiệu chức tầng mạng 4.2 - Network service model (VC and Datagram) 4.3 - Thiết bị tầng mạng - Bộ định tuyến (router) 4.4 - Giao thức IP (Internet Protocol) 4.5 - Giải thuật chọn đường (Routing Algorithms) 4.6 - Chọn đường mạng Internet 1-6/2006 Chương Giao thức tầng mạng 60 20 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 Routing in the Internet „ Internet = nhiều Autonomous Systems (AS) : … Stub AS: công ty nhỏ: có liên kết với AS khác AS: công ty lớn: nhiều liên kết tới AS … Multihomed khác … Transit AS: nhà cung cấp (móc nối AS với nhau) „ Two-level routing: … Intra-AS: người quản trị có quyền chọn giải thuật cho riêng mạng … Inter-AS: giải thuật (inter-AS routing: BGP) Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 61 Internet AS Hierarchy Intra-AS border (exterior gateway) routers Inter-AS interior (gateway) routers Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 62 Intra-AS Routing „ „ Tên gọi khác: Interior Gateway Protocols (IGP) Một số giao thức: … RIP: Routing Information Protocol … OSPF: Open Shortest Path First … IGRP: Interior Gateway Routing Protocol (Cisco proprietary) 1-6/2006 Chương Giao thức tầng mạng 63 21 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 RIP ( Routing Information Protocol) „ „ „ „ „ Sử dụng Distance vector algorithm Included in BSD-UNIX Distribution in 1982 Đơn vị đo khoảng cách: số lượng chặng (hop, tối đa = 15 hops) Routing table trao đổi 30 giây lần thông qua RIP response msg (RIP advertisement), msg chứa tối đa 25 ghi v1: RFC 1058; v2: RFC 1723 u z destination hops u v w x y z v A B C D w x y 64 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 RIP: Example z w A x D y B C Destination Network w y z x Next Router Num of hops to dest … A B B … 2 Routing table in D 1-6/2006 Chương Giao thức tầng mạng 65 RIP Table processing RIP routing tables managed by application-level process called route-d (daemon) „ advertisements gửi định kỳ, qua UDP packets „ 1-6/2006 Chương Giao thức tầng mạng 66 22 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 RIP Table example Destination -127.0.0.1 192.168.2 193.55.114 192.168.3 224.0.0.0 default „ „ „ „ „ Gateway Flags Ref Use Interface - - 127.0.0.1 UH 26492 lo0 192.168.2.5 U 13 fa0 193.55.114.6 U 58503 le0 192.168.3.5 U 25 qaa0 193.55.114.6 U le0 193.55.114.129 UG 143454 Three attached class C networks (LANs) Router only knows routes to attached LANs Default router used to “go up” Route multicast address: 224.0.0.0 Loopback interface (for debugging) Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 67 OSPF (Open Shortest Path First) „ „ “open”: publicly available; RFC 2178 Uses Link State algorithm … LS packet dissemination map at each node … Route computation using Dijkstra’s algorithm … Topology „ „ OSPF advertisement carries one entry per neighbor router Advertisements disseminated to entire AS (via flooding) … Carried in OSPF messages directly over IP (rather than TCP or UDP 1-6/2006 Chương Giao thức tầng mạng 68 OSPF “advanced” features (not in RIP) „ „ „ „ „ Security: OSPF msgs chứa thông tin chứng thực (authenticated) Multiple same-cost paths: Cho phép truyền tin theo nhiều đường có chi phí với phiên truyền tin Diff cost metrics for diff TOS: Cho phép nhiều đơn vị đo khác cho loại dịch vụ (e.g., satellite link cost set “low” for best effort; high for real time) Integrated unicast and multicast support: … Multicast OSPF (MOSPF) uses same topology data base as OSPF Hierarchical OSPF in large domains 1-6/2006 Chương Giao thức tầng mạng 69 23 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 Hierarchical OSPF „ „ „ „ Two-level hierarchy: local area, backbone … Link-state advertisements only in area … each nodes has detailed area topology; only know direction (shortest path) to nets in other areas Area border routers: “summarize” distances to nets in own area, advertise to other Area Border routers Backbone routers: run OSPF routing limited to backbone Boundary routers: connect to other AS’s 70 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 Internet inter-AS routing: BGP „ BGP (Border Gateway Protocol): RFC 1771; RFC 1772; RFC 1773 R4 R5 R3 AS1 AS2 (RIP intra-AS routing) BGP R2 R1 1-6/2006 BGP (OSPF intra-AS routing) Chương Giao thức tầng mạng AS3 (OSPF intra-AS routing) 71 24 ... hàng chờ xử lý Chương Giao thức tầng mạng 15 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 Các cấu chuyển mạch (switching fabrics) 1-6/2006 Chương Giao thức tầng mạng 16 Output ports... mức độ phức tạp nằm bên mạng Chương Giao thức tầng mạng 12 Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006 Ch4 The Network Layer 4.1 - Giới thiệu chức tầng mạng 4.2 - Network service... trạng nghẽn mạng? … „ Hai model tầng mạng: … kênh … lược 1-6/2006 ảo (virtual circuit) đồ (gam) liệu (datagram) Chương Giao thức tầng mạng Chương Giao thức tầng mạng 1-6/2006