Bài giảng Lý thuyết mạng máy tính - Chương 4: Mạng diện rộng WAN

Mời các bạn cùng tham khảo Bài giảng Lý thuyết mạng máy tính - Chương 4: Mạng diện rộng WAN để nắm chi tiết các kiến thức giới thiệu mạng WAN; công nghệ kết nối mạng WAN; định tuyến trong mạng WAN; một số giao thức truyền dẫn.

CHƯƠNG 4: MẠNG DIỆN RỘNG WAN Thời lượng: GV giảng: tiết; Thảo luận: tiết; Thực hành: tiết; Bài tập: tiết; Tự học: 12 tiết Mục đích, yêu cầu:  Mục đích: Giúp sinh viên năm kiến thức ứng dụng mạng WAN Nắm nội dung công nghệ định tuyến mạng WAN Có khả thiết kế mạng WAN  Yêu cầu: • Học viên tham gia học tập đầy đủ • Nghiên cứu trước nội dung có liên quan đến giảng (đã có http://http:/fit.mta.edu.vn/~thiennd/) • Làm tập lớp nhà • Thực hành phịng thí nghiệm MẠNG DIỆN RỘNG WAN NỘI DUNG CHƯƠNG Giới thiệu mạng WAN Công nghệ kết nối mạng WAN Định tuyến mạng WAN – Định tuyến mạng – Đinh tuyến mạng Một số giao thức truyền dẫn – Mạng tích hợp đa dịch vụ số ISDN – Mạng chuyển mạch gói X25 – Mạng chuyển mạch khung Frame Relay – Phương thức truyền dẫn không đồng ATM MẠNG DIỆN RỘNG WAN Giới thiệu a Khái niệm Mạng WAN: Là mạng thường lắp đặt phạm vi quốc gia Intranet phục vụ cho công ty lớn, ngành kinh tế có bán kính hoạt động lớn, liên kết nhiều mạng LAN, MAN, đường truyền sử dụng sở hạ tầng viễn thông Mạng GAN: Là mạng trải rộng nhiều quốc gia, phục vụ phát triển kinh tế xã hội cho công ty siêu quốc gia nhóm quốc gia, đường truyền sử dụng sở hạ tầng viễn thông, mang Internet mạng GAN MẠNG DIỆN RỘNG WAN b Sự cần thiết kết nối liên mạng  Xuất phát từ nhu cầu trao đổi thông tin chia tài nguyên dùng chung, địi hỏi hoạt động truyền thơng khơng dừng lại phạm vi mạng cục mà phải vươn tới khuôn khổ vùng, quốc gia quốc tế  Phải kết nối nhiều mạng đơn lẻ thành liên mạng (Internetworking) bao gồm nhiều mạng, loại mạng, khoảng cách địa lý khác chịu quản lý tổ chức quốc gia khác Ví dụ: liên mạng • Một số thuật ngữ – internetworking – Subnetworks – End nodes – Intermediate nodes Công nghệ kết nối mạng WAN Liên mạng liên kết từ: LAN to LAN, LAN to WAN WAN to WAN Có ba phương pháp liên kết liên mạng phổ biến: a) Liên kết tầng Physical: mạng có cấu trúc giao thức, lặp Repeater dùng để kết nối mạng LAN làm tăng bán kính mạng b) Liên kết tầng Data link: Bridge Switche hoạt động tầng liên kết liệu dùng để nối mạng có LAN có cấu trúc giao thức tầng vật lý khác c) Liên kết tầng mạng: mạng khác phần cứng, phần mền, giao thức thường cung cấp chức năng, ứng dụng khác Thực định dạng gói tin từ mạng đến mạng khác (đ/c IP), chuyển đổi giao thức mạng • Thiết bị kết nối Router chức chủ yếu liên kết mạng khác vật lý chuyển đổi gói tin từ mạng sang mạng khác, định đường gói tin đến node đích d) Ở tầng vận chuyển: Dùng gateway vận chuyển, thiết bị làm giao diện hai đầu nối kết mức vận chuyển Ví dụ gateway làm giao diện trao đổi hai nối kết TCP NSA e) Ở tầng ứng dụng: Các gateway ứng dụng làm nhiệm vụ chuyển đổi ngữ cảnh thơng điệp Ví dụ gateway hệ thống email Internet X.400 làm nhiệm vụ chuyển đổi nhiều trường header email 3) Kết nối liên mạng dùng router a Truyền liệu qua Router Muốn nối nhiều đoạn mạng với giao thức khác nhau, kiến trúc mạng khác nhau, ta phải cần thiết bị biết địa đoạn mạng mà định tuyến đường truyền tốt để truyền liệu lọc lưu lượng quảng bá đoạn mạng cục Nó gọi định tuyến Router hoạt động tầng mạng 10 Hai router nối với đường nối điểm-điểm Máy S muốn gửi cho máy D gói tin, đóng gói gói tin thành khung gửi lên đường truyền Khung đến router1, liền bóc vỏ khung, lấy gói tin Gói tin phân tích để tìm địa IP đích, địa tham khảo bảng định tuyến router1 Dựa địa này, router1 định chuyển gói sang router2 cách đóng thành khung gửi cho router2 11 Ánh xạ địa mạng địa MAC • Khi trạm gửi gói liệu đến trạm mạng khác Trạm: MACđích = MACRouter (gần đường đi) IPđích = địa mạng trạm đích Router: Kiểm tra địa mạng đích, có bảng định tuyến Router thưc bước chuyển tiếp sang Router đường cách MACđích = MACRouter (kế tiếp) Truyền liệu đến Router Nếu khơng có bảng định tuyến Router thường bỏ gói liệu 12 13 b Chức Router  Chuyển đổi định tuyến gói liệu qua nhiều mạng dựa địa mạng, cung cấp dịch vụ quản lý lưu thông  Phân chia mạng lớn thành nhiều mạng nhỏ, liên kết nhiều đoạn mạng với  Lọc gói tin lập lưu lượng mạng: hoạt động rào cản an tồn đoạn mạng  Ngăn chặn tình trạng quảng bá chúng khơng chuyển tiếp gói tin quảng bá  Các định tuyến chia thông tin trang thái, thông tin định tuyến với sử dụng thông tin để bỏ qua kết nối bị hỏng chậm 14 Định tuyến mạng WAN Các kỹ thuật chọn đường Chọn đường lựa chọn đường để truyền đơn vị liệu từ trạm nguồn đến trạm đích Như phải thực hai chức sau : Quyết định chọn đượng theo tiêu chuẩn tối ưu Cập nhật thông tin chọn đường, tức thông tin để phục vụ cho chức (1) Có nhiều kỹ thuật chọn đường khác xây dựng dựa vào yếu tố sau : a Sự phân tán chức chọn đường nút mạng b Sự thích nghi với trạng thái hành mạng c Các tiêu chuẩn tối ưu để chọn đường 15  Dựa yếu tố (a) ta có kỹ thuật chọn đường tập trung phân tán Dựa vào yếu tố (b) ta có chế độ chọn đường tĩnh thích nghi  Yếu tố (c) lựa chọn tiêu chuẩn sau : Đo độ trễ trung bình việc truyền gói tin Số lượng nút trung gian mà gói tin cần chuyển qua để đến đích Cước phí truyền tin  v v 16 Kỹ thuật chọn đường tập trung phân tán Kỹ thuật chọn đường tập trung: đặc trưng tồn vài trung tâm điều khiển mạng thực việc chọn đường sau gửi bảng chọn đường (routing table) tới tất nút dọc theo đường chọn Trong trường hợp này, thông tin tổng thể mạng cần dùng cho việc chọn đường cất giữ trung tâm điều khiển mạng Các nút khơng gửi định kỳ gửi thông tin xẩy kiện đó, trung tâm cập nhật lại để tính lại bảng chọn đường Kỹ thuật chọn đường phân tán: không tồn trung tâm điều khiển, định chọn đường thực nút Điều địi hỏi việc trao đổi thơng tin nút, tuỳ thuộc vào mức độ thích nghi thuật giảI xây dựng 17  Kỹ thuật chọn đường thích nghi khơng thích nghi Kỹ thuật chọn đường khơng thích nghi: tập trung phân tán khơng đáp ứng với thay đổi mạng Trong trường hợp này, việc Chọn đường thực mà khơng có trao đổi thơng tin, khơng có cập nhật thơng tin thường xun Tiêu chuẩn tối ưu đê chọn đường đường chọn lần cho toàn cục Kỹ thuật thích hợp cho mạng có tính ổn định cao Kỹ thuật chọn đường thích nghi: mức độ thích nghi kỹ thuật chọn đường đặc trưng trao đổi thông tin chọn đường mạng, thơng tin trạng tháI mạng cung cấp từ nút láng giềng từ tất nút khác 18  Các thông tin đo lường sử dụng cho việc chọn đường bao gồm: Trạng thái đường truyền Thời gian trễ truyền đường dẫn Mức độ lưu thông đường Các tài nguyên khả dụng mạng 19 Các giải thuật định tuyến  Định tuyến theo vector khoảng cách (RIP) • Ý tưởng: Bộ định tuyến trì bảng định tuyến (vector) cung cấp khoảng cách tốt biết đến đích (thường định tuyến) Thông tin bảng thường xuyên cập nhật cách trao đổi thông tin với định tuyến lân cận • Khoảng cách: bước nhảy, thời gian trễ đo ms, Thông thường sử dụng thời gian trễ 20 10 Giải thuật gồm bước sau: i Bộ đinh tuyến tính khoảng cách từ đến định tuyến lân cận cách giử gói tin ECHO ii Cứ sau T ms định tuyến lại truyền đến định tuyến lân cận danh sách khoảng cách ước lượng cho đích nhận từ lân cận khác iii Cập nhật bảng định tuyến với khoảng cách tốt nhất: ví dụ tính khoảng cách từ J  A, I, H, K 21 Danh sách đến từ A,I,H,K bảng định tuyến J cập nhật 22 11  Định tuyến theo liên kết trạng thái (Link State) Link state áp dụng rộng rãi mạng internet Nhằm cải tiến thuật tốn RIP  RIP khơng tính đến băng thơng đường truyền, xem tất đường truyền có băng thông  Mất nhiều thời gian để hội tụ 23 Y tưởng thuật toán: vấn đề Xác định định tuyến lân cận Đo khoảng cách đến lân cận Bộ định tuyến xây dựng gói liên kết trạng thái Truyền gói đến tất định tuyến khác Tính đường ngắn đến định tuyến khác 24 12 Xác định định tuyến lân cận Khi R khởi động việc nhận biết lân cận cách sử dụng gói tin Hello - Reply Tính khoảng cách  Ước lượng khoảng cách đến lân cận qua gói ECHO  Ước lượng khoảng cách:  Băng thông đường truyền  Tải đường dây  Vấn đề đường dây có băng thơng: R đánh giá đường không tải ngắn  hiệu suất cao 25 Định tuyến liên mạng a Cơ chế tạo đường hầm  Xét trường hợp hai , host nguồn host đích nằm mạng loại phảI qua môI trường trung gian khác 26 13 a Định tuyến liên mạng  Gói định MAC đưa đến Router cục  Lớp mạng Router xác định Router mà gói truyền đến nhờ sử dụng bảng định tuyến  Nếu không đến Router với giao thức sẵn có gói, phải ngang qua đường hầm 27 Khác định tuyến mạng mạng ngoài:  Liên mạng phải vượt qua ranh giới, luật lệ  Chi phí cho việc truyền tin cao so với mạng 28 14 III Tắc nghẽn (Congestion) Hiện tượng tắc nghẽn ? Khi có nhiều gói tin mạng hay phần mạng làm cho hiệu suất mạng giảm nút mạng khơng cịn đủ khả lưu trữ, xử lý, gửi gói tin lúc gói tin bắt đầu bị Hiện tượng gọi tắc nghẽn (congestion) mạng 29 Biểu đồ mô tả trạng thái hoạt động mạng 30 15 Nguyên nhân gây nghẽn mạch a Hàng đợi định tuyến bị đầy Hiện tượng xảy gói từ bốn đường dây vào nút chúng cần đường ra, gói xếp thành hàng đợi (queue) nhớ Nếu nút khơng đủ nhớ để lưu gói (hàng đợi bị đầy ), gói bị Nếu tăng nhớ giải mức độ định đó, tăng dẫn đến tình trạng tắc nghẽn xấu có chúng lưu hàng đợi 31 b Các xử lý (processor) chậm Nếu CPU định tuyến xử lý chậm thực tác vụ liên quan đến quản lý (xếp hàng cho đệm, cập nhật bảng định tuyến, ) Nguyên nhân dẫn đến làm cho hàng đợi bị đầy c Các đường truyền băng thông thấp Băng thông thấp nguyên nhân gây nghẽn mạch Tất vấn đề tồn phận hệ thống không tương thích, giải thành phần hệ thông hoạt động cân 32 16 Các biện pháp phịng ngừa nghẽn mạch Có thể cải thiện tượng tắc nghẽn hai cánh: congestion control flow control  Flow control xử lý giao thông trạm thu phát Congestion control bao gồm tạo hoạt động hợp lý cho máy tính nút mạng, trình lưu trữ bên nút mạng, điều khiển tất yếu tố làm giảm khả vận chuyển toàn mạng Biện pháp cụ thể:   Bố trí khả vận chuyển, xử lý, lưu trữ phải dư so với yêu cầu mạng đặt  Hạn chế gói tin vào mạng nhờ chế cửa sổ trượt  Chặn đường vào gói tin mạng tải  Huỷ bỏ gói tin bị tắc nghẽ thời hạn 33 Q&A 34 17 ...MẠNG DIỆN RỘNG WAN Giới thiệu a Khái niệm ? ?Mạng WAN: Là mạng thường lắp đặt phạm vi quốc gia Intranet phục vụ cho cơng ty lớn, ngành kinh tế có bán kính hoạt động lớn, liên kết nhiều mạng. .. Intermediate nodes Cơng nghệ kết nối mạng WAN Liên mạng liên kết từ: LAN to LAN, LAN to WAN WAN to WAN Có ba phương pháp liên kết liên mạng phổ biến: a) Liên kết tầng Physical: mạng có cấu trúc giao thức,...  Phải kết nối nhiều mạng đơn lẻ thành liên mạng (Internetworking) bao gồm nhiều mạng, loại mạng, khoảng cách địa lý khác chịu quản lý tổ chức quốc gia khác Ví dụ: liên mạng • Một số thuật ngữ