MẠNG IP

MẠNG IP II.1 Giới thiệu về mạng IP Ngày nay chúng ta thấy rõ tầm quan trọng cũng như tính ưu việt của mạng internet toàn cầu. Đây là kho thông tin vô tận đáp ứng toàn diện mọi nhu cầu của con người. Về mặt kỹ thuật, internet là mạng sử dụng chồng giao thức TCP/IP đó là một hệ thống mạng mở có thể kết nối các loại mạng con sử dụng IP. Với xu hướng chung của thế giới là xây dựng một hệ thống mạng IP chung nên tất cả các mạng ban đầu nằm độc lập với mạng internet như PSTN, PLMN . đều có xu hướng IP hoá để có thể trao đổi qua lại thông tin dễ dàng với mạng internet. Mạng 3G là một bước phát triển của mạng PLMN nên nó cũng không nằm ngoài xu thế này. Chính vì vậy chương này chúng ta sẽ tìm hiểu về mạng internet để tiến tới xây dựng một mạng IP cho 3G. Trước hết ta tìm hiểu các thành phần cấu hình lên mạng internet dựa trên mô hình chuẩn OSI. II.1.1 Cấu hình (topology) Cấu hình định nghĩa cấu trúc của một mạng. Có hai loại cấu hình được xét đến là cấu hình vật lý và cấu hình luận lý. Cấu hình vật lý là biểu hiện thực của dây dẫn (môi trường truyền dẫn). Các cấu hình vật lý được sử dụng một cách phổ biến là bus, star, extended star, ring, hierarchical. Chúng được thể hiện thông qua hình vẽ dưới đây. Token-ring Bus Topology Ring Topology Star Topology Extended Star Topology Hirarchical Topology Mesh Topology h 2.1: Các cấu hình vật lý Cấu hình luận lý của mạng là cách thức các host truyền tin qua mỗi môi trường. Có hai cấu hình luận lý phổ biến là Broadcast và Tokenpassing. Kỹ thuật Broadcast có ý nghĩa đơn giản là mỗi host gửi dữ liệu của nó đến tất cả các host khác trên môi trường. Không có sự đăng ký các trạm kế tiếp sử dụng môi trường thay vì thế dữ liệu đến trước sẽ được phục vụ trước. Đây chính là cách thức làm việc của ethernet . Loại thứ hai là Tokenpassing điều khiển việc truy xuất mạng bằng cách chuyển một token tuần tự đến mỗi host. Khi host này nhận được token nghĩa là nó được phép truyền dữ liệu trên mạng. Nếu host không có dữ liệu để chuyển token sẽ được chuyển đến host tiếp theo. II.1.2 Các thiết bị LAN trong một cấu hình Các thiết bị nối trực tiếp vào trong một segment mạng được gọi là một host. Các host bao gồm có máy tính, cả server và client, các máy in, máy scaner . Các thiết bị giúp người dùng thực hiện kết nối vào trong mạng, qua đó người dùng có thể chia xẻ môi trường, tạo ra và tiếp nhận thông tin. Thiết bị host không phải là phần của bất cứ lớp nào. Chúng có một kết nối vật lý đến môi trường mạng bằng cách sở hữu một card giao tiếp mạng (NIC) và các lớp OSI khác được thực hiện bằng phần mềm bên trong host. Điều này nói lên rằng chúng hoạt động tại tất cả bảy lớp. II.1.3 Các card mạng NIC (Network Interface Card) Cho đến lúc này chúng ta có thể lặp lại các khái niệm và các thiết bị lớp 1. Khi bắt đầu với các card NIC thì chủ đề thảo luận là nằm ở lớp 2 trong mô hình OSI. Trong thuật ngữ miêu tả, NIC là một bản mạch in cắm vào trong một khe mở rộng (expansion slot) của bus trên mainboard của máy tính hay thiết bị ngoại vi. Các NIC được xem như thiết bị lớp 2 và mỗi NIC là duy nhất, nó sở hữu một địa chỉ duy nhất gọi là địa chỉ MAC. Địa chỉ này dùng để điều khiển truyền số liệu của các host trên mạng. Địa chỉ MAC dùng cho các giao thức ARP kết hợp với địa chỉ IP để tìm ra nguồn nhận tin. II.1.4 Môi trường. Ký hiệu về môi trường có thể thay đổi. Các ký hiệu cơ bản được sử dụng như sau: Token ring FDDI ring Ethernet line Serial line h.2.1: Môi trường Các chức năng cơ bản của môi trường là mang thông tin dưới dạng các bit và byte xuyên qua LAN. Chúng ta có thể thiết lập các mạng máy tính với nhiều loại môi trường khác nhau. Mỗi môi trường có những ưu điểm và khuyết điểm nhất định. Một vài đặc tính được xét đến trong đánh giá một môi trường là : • Chiều dài cáp • Giá thành • Dễ lắp đặt Cáp đồng trục, cáp quang, vô tuyến là các môi trường mang các tín hiệu mạng. II.1.5 Repeater Như chúng ta đã thảo luận về môi trường: có nhiều loại môi trường dùng để truyền tải thông tin, và có một yếu tố ảnh hưởng đến việc truyền tin chính là chiều dài cáp. Ví dụ cáp UTP trong mạng là 100m. Nếu chúng ta cần mở rộng mạng thì chúng ta phải dùng thêm một thiết bị là repeater. Application Presentation Session Transport Network Data link Physical Application Presentation Session Transport Network Data link Physical Repearter h.2.2 Repeater: thiết bị lớp 1 Physical: lớp vật lý Data link: Lớp liên kết dữ liệu Network: Lớp mạng Transport: Lớp chuyển tiếp Session: Lớp phiên Presentation: Lớp trình diễn Application: Lớp ứng dụng Repeater được liệt vào các thiết bị lớp 1 của mô hình OSI vì chúng hoạt động ở mức bit và không có thông tin nào khác hơn. II.1.6 Hub Mục đích của hub là tái sinh và định thời lại tín hiệu mạng. Định nghĩa của hub cũng giống như của repeater, chính vì vậy chúng ta có thể coi hub là một repeater đa port. Điểm khác biệt là số lượng cáp nối vào thiết bị. Chúng ta thường sử dụng hub để tạo ra điểm kết nối tập trung cho môi trường dây dẫn và tạo độ tin cậy cho mạng. Độ tin cậy của mạng gia tăng khi cho phép bất cứ một cáp đơn nào bị hỏng mà không ảnh hưởng đến toàn mạng. Hub được xem như thiết bị lớp 1 vì nó chỉ thực hiện tái sinh tín hiệu và truyền ra tất cả các port còn lại. Application Presentation Session Transport Network Data link Physical Application Presentation Session Transport Network Data link Physical Hub h2.3: Hub: thiết bị lớp 1 II.1.7 Bridge Bridge (cầu) là một thiết bị lớp 2 được thiết kế để nối các segment LAN với nhau. Mục đích của bridge là lọc các tải mạng, giữ lại các tải cục bộ và đồng thời cho phép các tải trao đổi thông tin giữa hai mạng. Điều này thực hiện được là nhờ địa chỉ lớp 2 (MAC) của các thiết bị trong mạng. Mỗi thiết bị trong mạng có một địa chỉ MAC duy nhất trên NIC, bridge theo dõi các địa chỉ này để quyết định việc truyền tải. Application Presentation Session Transport Network Data link Physical Application Presentation Session Transport Network Data link Physical Bridge h.2.4: Bridge: thiết bị lớp 2 II.1.8 Switch Switch là một thiết bị lớp 2 giống như bridge. Thực sự thì switch là một bridge đa port giống như hub là một repeater đa port. Khác nhau giữa hub và switch là đưa ra quyết định dựa trên địa chỉ MAC. Do vậy switch sẽ làm giảm vùng đụng độ trong mạng và sẽ làm các LAN hoạt động hiệu quả hơn. Hoạt động của chúng chỉ đưa dữ liệu ra đúng các port thích hợp để truyền đến các host thực sự cần. Ngược lại hub sẽ truyền dữ liệu ra các port làm cho tất cả các host có thể thấy và xử lý dữ liệu. Cả switch và hub đều có nhiều port kết nối vì một phần chức năng của chúng là kết nối tập trung. Hình biểu diễn switch được biểu diễn như trong hình vẽ. Application Presentation Session Transport Network Data link Physical Application Presentation Session Transport Network Data link Physical Switch h.2.5: Switch: thiết bị lớp 2. II.1.9 Router Router là thiết bị đầu tiên mà chúng ta đề cập đến với vai trò là thiết bị lớp 3 của mô hình OSI. Làm việc ở lớp 3 cho phép router thực hiện các quyết định dựa vào nhóm địa chỉ lớp mạng, ngược lại với các địa chỉ MAC duy nhất ở lớp 2. Router cũng có thể kết nối các kỹ thuật khác nhau thuộc lớp 2 như ethernet, token ring, FDDI . Tuy nhiên vì khả năng định tuyến các gói dựa vào thông tin lớp 3 nên router trở thành một backbone của mạng internet chạy giao thức IP. Application Presentation Session Transport Network Data link Physical Application Presentation Session Transport Network Data link Physical Router h.2.6 Router: thiết bị lớp 3 Mục đích cua router là kiểm tra các gói tin đến( dữ liệu lớp 3), chọn đường dẫn tốt nhất để cho chúng xuyên qua mạng, sau đó chuyển chúng đến các port thích hợp. Các router là các thiết bị điều khiển tải quan trọng nhất trong một mạng lớn, chúng cho phép bất kỳ thiết bị nào muốn liên lạc với một thiết bị khác ở bất kỳ đâu trên thế giới mà cùng tham gia mạng chung. II.1.10 Mây (cloud) Ký hiệu mây ám chỉ một mạng khác có thể là toàn bộ mạng internet. Nó nhắc bạn một con đường để nối đến mạng khác nhưng không trình bày mọi chi tiết của kết nối hay của mạng. Application Presentation Session Transport Network Data link Physical Application Presentation Session Transport Network Data link Physical cloud h.2.7: Cloud: biểu tượng cho mạng từ lớp 1 đến lớp 7. I.1.11 Các segment mạng Thuật ngữ segment mạng có nhiều ý nghĩa trong lập mạng và định nghĩa chính xác phụ thuộc vào tình huống trong đó được dùng. Ta có thể định nghĩa một segment nhận dạng một môi trường lớp 1 là đường dẫn chung cho truyền dữ liệu trong một LAN. Như đã đề cập trước đây, có giới hạn chiều dài truyền số liệu cho mỗi loại môi trường. Mỗi lần một thiết bị điện được sử dụng để mở rộng chiều dài và quản lý dữ liệu trên môi trường thì một segment mới được tạo ra. Định nghĩa khác của segment được Cisco định nghĩa như sau: mỗi segment là một miền đụng độ. Định nghĩa này giống với định nghĩa trước chỉ khác là nó đi sâu vào bản chất sự việc. Ta hiểu sự đụng độ là thế nào? Sau đây ta sẽ tìm hiểu vấn đề này và hiểu cách truyền của ethernet hay token. Sự đụng độ xảy ra khi hai bit từ hai máy tính truyền khác nhau chạy trên một môi trường chia sẻ tại một thời điểm. Rõ ràng sự kết hợp của hai bit dưới dạng tín hiệu sẽ phát sinh nhiều hiện tượng như giao thoa, chồng chập . là nguyên nhân gây mất bit. Cả hai bit đều mất. Chính vì vậy chúng ta cần có các quy tắc chia sẻ môi trường truyền dẫn chung nhằm tránh sự đụng độ và dẫn đến sự ra đời của ethernet, token . II.2 Chồng giao thức TCP/IP Trước hết ta tìm hiểu một số khái niệm: Giao thức là một tập hợp các quy tắc, quy ước để truyền tín hiệu trên mạng Chồng giao thức là tập hợp các giao thức cùng kết hợp với nhau để tạo thành quá trình trao đổi thông tin hoàn chỉnh. Chồng giao thức TCP/IP là sự kết hợp của các qui tắc khác nhau ở các lớp khác nhau không chỉ có các giao thức TCP, IP. Mô hình chồng giao thức TCP/IP cho phép các loại máy tính có kích cỡ cũng như được sản xuất bởi các hãng khác nhau và các hệ thống vận hành khác nhau có thể truyền thông được với nhau. TCP/IP là giao thức phân cấp từ các khối tương tác, mỗi khối cung cấp chức năng riêng nhưng các khối không nhất thiết phải phụ thuộc lẫn nhau. TCP/IP chứa các giao thức khá độc lập với nhau, chúng có thể trộn lẫn và phối hợp với nhau tuỳ theo nhu cầu hệ thống. Thuật ngữ phân cấp có nghĩa là mỗi giao thức lớp trên được một hay nhiều giao thức lớp dưới hỗ trợ. Mô hình phân lớp TCP/IP: Lớp 1: Network Access Layer: Lớp truy cập mạng. Lớp này cung cấp các giao tiếp vật lý thông thường là các driver thiết bị trong hệ thống điều hành và các card giao diện mạng tương ứng trong máy tính. Lớp này thực hiện nhiệm vụ điều khiển tất cả các chi tiết phần cứng hoặc thực hiện giao tiếp vật lý với môi trường truyền dẫn. Cung cấp kiểm soát lỗi phân bố trên mạng vật lý, cung cấp các địa chỉ vật lý cho thiết bị. Lớp này không định nghĩa một giao thức riêng nào cả, nó hỗ trợ tất cả các giao thức chuẩn và độc quyền như ethernet, Token Ring, FDDO, X25, wireless,ATM . Lớp 2: Internet Layer: Lớp mạng : Cung cấp chức năng đánh địa chỉ độc lập phần cứng mà nhờ đó dữ liệu có thể di chuyển qua các mạng con có kiến trúc vật lý khác nhau. Lớp này điều khiển việc chuyển gói qua mạng, định tuyến gói.Hỗ trợ giao thức liên mạng IP. Lớp 3: Transport Layer: Lớp chuyển tiếp : Chịu trách nhiệm truyền thông điệp từ một tiến trình này đang chạy sang một tiến trình khác. Lớp này có hai giao thức quan trọng là giao thức điều khiển truyền dẫn TCP và giao thức dữ liệu đồ người sử dụng UDP. Lớp 4: Application layer:Lớp ứng dụng : Lớp này điều khiển chi tiết từng ứng dụng cụ thể. Nó tương ứng với các lớp ứng dụng, trình diễn, phiên trong mô hình OSI. Nó gồm các giao thức mức cao, mã hoá, điều khiển hội thoại. Hiện nay có hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn các giao thức lớp này. ping SMTP FTP Telnet NNTP RPC DNS TFTP BOOTP TCP UDP OSPF ICMP IGMP BGP RIP IP DATA LINK ARP RARP Media Network Access layer Internet layer Transport layer Application layer h.2.8. Mô hình phân lớp bộ giao thức TCP/IP II.3 Địa chỉ IP II.3.1 Khái niệm Mọi thiết bị muốn tham gia mạng internet cần phải có một địa chỉ IP. Địa chỉ IP được xác định ở lớp mạng của mô hình TCP/IP. Địa chỉ này được phân theo vùng và nó có vai trò quan trọng trong việc định tuyến. Địa chỉ IP rất quan trọng bởi nó quyết định một thiết bị có được tham gia mạng hay không. Bên cạnh đó nó còn giải quyết vấn đề liên lạc giữa các thiết bị tham gia mạng với nhau: một thiết bị muốn liên lạc với thiết bị khác thì nó cần phải biết địa chỉ IP của đối tác. Chính vì vậy IP là một tài nguyên quan trọng của mạng. Sau đây ta xét đến địa chỉ IPv4. a. Đánh địa chỉ IP Địa chỉ IP được biểu diễn bởi một số nhị phân gồm 32 bit 0,1. Như vậy theo lý thuyết sẽ có 2 32 địa chỉ. 32 bit này được chia nhỏ ra thành 4 cụm 8 bit, mỗi cụm này gọi là một octet. Sở dĩ người ta lại chia thành các octet nhàm mục đích chuyển đổi từ số nhị phân sang số thập phân cho gần gũi với giao tiếp của con người. Mỗi octet có giá trị tối đa là 255. Mỗi địa chỉ IP được chuyển thành kiểu nhị phân sẽ gồm 4 số cách nhau bởi một dấu chấm. [...]... SIP như hình vẽ: Mạng được chia làm ba phần: SIP terminal, SIP server, SIP gateway Trong đó SIP terminal thực hiện giao tiếp người dùng với hệ thống SIP đó có thể là SIP phone, phần mềm SIP SIP server thực hiện các chức năng của hệ thống SIP trong mạng như điều khiển cuộc gọi, quản lý cuộc gọi, trạng thái người dùng SIP gateway thực hiện chức năng internetworking với các mạng khác SIP terminal SIP... Kiến trúc mạng của hệ thống SIP Một hệ thống thiết kế VoIP dựa trên SIP là một phần của mạng internet Ta phải hiểu như thế bởi trong cách biểu diễn mạng sau đây ta không thấy sự xuất hiện của các phần tử mạng Đơn giản vì SIP được xây dựng ở lớp ứng dụng và theo cơ chế client-server, các server được lắp đặt trên mạng internet với những địa chỉ cố định còn các client sau khi đã đăng ký tham gia mạng sẽ... lúc rất nhiều máy có cùng địa chỉ IP private nhưng các địa chỉ này không tham gia quá trình định tuyến trên mạng chung mà quá trình tham gia mạng thông qua địa chỉ IP global IP global: Các địa chỉ nằm ngoài dải địa chỉ IP private là các địa chỉ IP global Trong mạng tại một thời điểm chỉ có duy nhất một địa chỉ IP global và địa chỉ này tham gia định tuyến Dải địa chỉ IP private: Lớp A: 10.0.0.0 – 10.255.255.255.255... E0 Default gateway Không II.4 SIP ( Section initization Protocol) Mục đích của chúng ta là xây dựng nên một mạng IP hoàn chỉnh cho 3G, chúng ta sẽ nghiên cứu giao thức SIP vì đây là giao thức được lựa chọn cho việc thiết kế VoIP hayquản lý các thiết bị trong mạng 3G Trước khi IETF cho ra đời giao thức SIP, ITU-T đã hoàn thành chuẩn H323 để điều hành hệ thống VoIP song SIP vẫn tồn tại và ngày càng phát... nằm trên một mạng hay mạng con Khi tải dùng cho quảng bá chiếm quá nhiều băng thông, các nhà quản trị mạng sẽ nghĩ đến việc phân mạng thành các mạng con Các mạng con này được phân ra từ các host gốc Như vậy phần địa chỉ IP được phân ra làm 3 phần: Network, Subnet và host như hình vẽ Network Subnet Host 32 bit h2.10: Các thành phần của địa chỉ IP Quá trình phân các host gốc thành phần mạng con và phần... nghĩa là ta có một dải địa chỉ IP với subnet mask là 255.255.0.0 (16 số 1 ) Dải địa chỉ này bắt đầu từ 10.0.0.0 đến 10.0.255.255 Sau đây ta tìm hiểu về quá trình subnetting: Ta có một dải IP/ N cần cấp cho một mạng, mạng này được phân thành các mạng con Bước 1: Ta đếm số mạng con trên sơ đồ mạng (căn cứ vào số router)- giả sử có x mạng và tính số host tối đa có trong một mạng y Chọn n (số bit mượn) thoả... chúng ta có các kiến thức cơ bản về mạng IP bao gồm các thiết bị trong mạng, chồng giao thức TCP /IP, tìm hiểu kỹ về địa chỉ mạng cũng như biết cách đánh địa chỉ cho các thiết bị trong mạng Ngoài ra chúng ta còn tìm hiểu về giao thức SIP, đây là một giao thức quan trọng cho việc ứng dụng VoIP trong mạng IP nói chung và sau này là mạng 3G ... với mạng ta sử dụng các địa chỉ IP global Yêu cầu đặt ra cho các máy này là phải sử dụng chức năng NAT- chức năng nhằm phân chia các port đảm bảo các máy tính khác trong mạng liên lạc được với bên ngoài Khi đó mạng LAN này chỉ sử dụng một số ít địa chỉ IP và như vậy chúng ta đã tiết kiệm được rất nhiều địa chỉ IP Ngày nay địa chỉ IP đang ngày càng trở lên khan hiếm, thì giải pháp sử dụng địa chỉ IP. .. A,B,C d Địa chỉ IP global và địa chỉ IP private: Để giải quyết tình trạng thiếu địa chỉ IP hiện nay, người ta đưa ra khái niệm địa chỉ IP global và địa chỉ IP private IP private: Trong mỗi lớp địa chỉ A,B,C người ta dành ra một vùng địa chỉ không cấp phát cụ thể cho một quốc gia nào để làm địa chỉ IP private Như vậy đây là lớp địa chỉ chung mà bất cứ máy tính nào cũng có thể nhận Một mạng có thể có... 192.0.255.3 b Các trường thành phần trong địa chỉ IP Trong một địa chỉ IP được chia thành các phần định danh mạng và host Network Host 32 bit Số bit dùng làm thành phần host hay mạng tuỳ thuộc từng vùng trên thế giới Ghi nhớ rằng địa chỉ đầu tiên trong mỗi mạng được dành riêng cho các địa chỉ mạng thực sự (hay chỉ số mạng) và địa chỉ cuối cùng trong mỗi mạng được dùng làm địa chỉ broadcast c Các lớp địa . dải IP/ N cần cấp cho một mạng, mạng này được phân thành các mạng con. Bước 1: Ta đếm số mạng con trên sơ đồ mạng (căn cứ vào số router)- giả sử có x mạng. trình tham gia mạng thông qua địa chỉ IP global. IP global: Các địa chỉ nằm ngoài dải địa chỉ IP private là các địa chỉ IP global. Trong mạng tại một thời