Bài giảng Mạng máy tính - Chương 4: Tầng Network giúp người học hiểu các nguyên lý nền tảng của các dịnh vụ tầng network bao gồm: Các mô hình dịch vụ tầng network, forwarding so với routing, Cách mà router hoạt động, routing (chọn đường), broadcast, multicast, hiện thực trong Internet.
Chương tầng Network A note on the use of these ppt slides: We’re making these slides freely available to all (faculty, students, readers) They’re in PowerPoint form so you see the animations; and can add, modify, and delete slides (including this one) and slide content to suit your needs They obviously represent a lot of work on our part In return for use, we only ask the following: If you use these slides (e.g., in a class) that you mention their source (after all, we’d like people to use our book!) If you post any slides on a www site, that you note that they are adapted from (or perhaps identical to) our slides, and note our copyright of this material Computer Networking: A Top Down Approach 6th edition Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley March 2012 Thanks and enjoy! JFK/KWR All material copyright 1996-2012 J.F Kurose and K.W Ross, All Rights Reserved Tầng Network 4-1 Chương 4: tầng network Mục tiêu: Hiểu nguyên lý tảng dịnh vụ tầng network: Các mơ hình dịch vụ tầng network forwarding so với routing Cách mà router hoạt động routing (chọn đường) broadcast, multicast Hiện thực Internet Tầng Network 4-2 Chương 4: Nội dung 4.1 Giới thiệu 4.2 virtual circuit network (Mạng mạch ảo) datagram network 4.3 Cấu trúc bên router 4.4 IP: Internet Protocol Định dạng datagram IPv4 addressing ICMP IPv6 4.5 thuật toán routing link state distance vector hierarchical routing 4.6 routing Internet RIP OSPF BGP 4.7 broadcast multicast routing Tầng Network 4-3 Tầng Network Vận chuyển Segment từ host gửi đến host nhận Bên phía gửi đóng gói (encapsulate) segment vào datagram Bên phía nhận, chuyển segment lên tầng transport Các giao thức tầng network host, router router xem xét trường header tất IP datagram qua application transport 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 network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical application transport network data link physical Tầng Network 4-4 chức tầng network forwarding: di chuyển packet từ đầu vào đến đầu thích hợp router routing: xác định đường cho gói từ nguồn đến đích Các thuật tốn định tuyến Tương tự: routing: tiến trình lặp kế hoạch cho chuyến packet từ nguồn tới đích forwarding: tiến trình vận chuyển qua giao điểm Tầng Network 4-5 Tác động qua lại routing forwarding Thuật toán routing xác định đường gói đầu cuối thơng qua network Thuật toán routing local forwarding table header value output link 0100 0101 0111 1001 Bảng forwarding xác định việc chuyển gói bên router 2 Giá trị header packet đến 0111 Tầng Network 4-6 Thiết lập kết nối Chức qua trọng thứ số kiến trúc mạng: ATM, frame relay, X.25 Trước datagram di chuyển, host đầu cuối router trung gian (intervening routers) thiết lặp kết nối ảo Các router tham gia Dịch vụ kết nối tầng transport so với tầng network : network: hosts (cũng bao gồm router trung gian trường hợp kết nối ảo) transport: tiến trình Tầng Network 4-7 Mơ hình dịch vụ Network Hỏi: mơ hình dịch vụ cho “kênh” truyền datagram từ bên gửi đến bên nhận? Ví dụ dịch vụ cho datagram riêng biệt: Ví dụ dịch vụ cho luồng datagram: Giao nhận bảo đảm Giao nhận bảo đảm với độ trễ < 40ms Giao nhận datagram theo thứ tự Băng thông bảo đảm tối thiểu cho luồng Hạn chế thay đổi khoảng trống packet Tầng Network 4-8 Các mơ hình dịch vụ tầng Network: Kiến trúc Mơ hình Network dịch vụ Bảo đảm? Phản hồi Băng thơng Mất Thứ tự Định tắt nghẽn Internet best effort không ATM CBR ATM VBR ATM ABR ATM UBR Tốc độ không đổi Tốc độ bảo đảm Tốc độ bảo đảm khơng khơng có có có có có có no có khơng no (inferred via loss) Khơng tắt nghẽn Khơng tắt nghẽn có no có không không không không Tầng Network 4-9 Chương 4: Nội dung 4.1 Giới thiệu 4.2 virtual circuit network (Mạng mạch ảo) datagram network 4.3 Cấu trúc bên router 4.4 IP: Internet Protocol Định dạng datagram IPv4 addressing ICMP IPv6 4.5 thuật toán routing link state distance vector hierarchical routing 4.6 routing Internet RIP OSPF BGP 4.7 broadcast multicast routing Tầng Network 4-10 Reverse path forwarding Dựa vào kiến thức router đường ngắn unicast từ đến nơi gửi Mỗi router có cách xử lý forwarding đơn giản: if (datagram multicast nhận đường kết nối đến đường ngắn kể từ trung tâm) then flood datagram lên tất kết nối else bỏ qua datagram Tầng Network 4-142 Reverse path forwarding: ví dụ s: nguồn Kí hiệu R1 R4 router với thành viên nhóm gắn vào R2 R5 datagram forward R3 R6 router khơng có thành viên nhóm gắn vào R7 datagram khơng forward Kết SPT đảo ngược Có thể lựa chọn không tốt với kết nối không đồng Tầng Network 4-143 Reverse path forwarding: cắt giảm (pruning) Cây forwarding chứa khơng có thành viên nhóm multicast Khơng cần forward datagram xuống “cắt giảm” thông điệp gửi lên router thành viên nhóm downstream s: nguồn Ký hiệu R1 R4 R2 router với thành viên nhóm gắn vào P R5 R3 P R6 R7 router khơng có thành viên nhóm gắn vào P thông điệp cắt giảm kết nối với multicast forward Tầng Network 4-144 Cây chia (Shared-tree): steiner Cây steiner : có chi phí thấp kết nối đến tất router với thành viên nhóm gắn vào Vấn đề NP-complete Các heuristics tốt tồn Không sử dụng thực tế: Độ phức tạp tính tốn Cần thơng tin về tồn mạng monolithic: chạy lại router cần gia nhập/rời khỏi Tầng Network 4-145 Cây dựa vào trung tâm (Center-based trees) Một truyền nhận chia cho tất Một router xác định “trung tâm” Để gia nhập: router biên (edge ) gửi thông điệp gia nhập unicast đến router trung tâm Thông điệp gia nhập (join-msg ) “được xử lý” router trung gian chuyển đến router trung tâm Thông điệp gia nhập, đến nhánh trung tâm này, đến trung tâm Đường thực hiệu thông điệp gia nhập trở thành nhánh router Tầng Network 4-146 Cây dựa vào trung tâm: ví dụ Giả sử R6 chọn trung tâm: LEGEND R1 R2 router với thành viên nhóm gắn vào R4 router khơng có thành viên nhóm gắn vào R5 R3 R6 thứ tự đường thông điệp gia nhập sinh R7 Tầng Network 4-147 Internet Multicasting Routing: DVMRP DVMRP: distance vector multicast routing protocol, RFC1075 flood prune: forwarding đường ngược (reverse path forwarding), dựa vào nguồn (source-based tree) Cây RPF dựa bảng định tuyến DVMRP xây dựng truyền thông router DVMRP Khơng có giả thuyết unicast bên datagram ban đầu đến nhóm multicast flood nơi thơng qua RPF Các router khơng phải nhóm: gửi thông điệp cắt giảm lên Tầng Network 4-148 DVMRP: tiếp tục… Trạng thái mềm: router DVMRP chu kỳ (1 phút) “quên” nhánh bị cắt giảm: Dữ liệu mcast lần đổ xuống nhánh khơng cắt giảm Router phía dưới: cắt giảm lần tiếp tục nhận liệu Các router nhanh chóng tái cắt giảm Gia nhập IGMP Còn lại Thường thực router thương mại Tầng Network 4-149 Tunneling Q: làm cách để kết nối “các đảo” router muticast “biển” router unicast? Cấu trúc vật lý Cấu trúc logic datagram multicast đóng gói datagram “thơng thường” (khơng có multicast) datagram IP thơng thường gửi thơng qua “đường hầm” (“tunnel”) qua IP unicast đến router muticast nhận (xem lại IPv6 bên đường hầm IPv4) router mcast nhận mở gói để lấy datagram multicast Tầng Network 4-150 PIM: Protocol Independent Multicast Không phụ thuộc vào thuật toán định tuyến unicast bên (underlying unicast routing algorithm) (làm việc với tất cả) ngữ cảnh phân phối multicast khác nhau: Thưa thớt: Dầy đặc: Các thành viên nhóm đóng gói dày đặc, khoảng cách “gần” Băng thơng dư thừa Số lượng mạng với thành viên nhóm Các thành viên nhóm ”được phân bố thưa thớt” Băng thông không dư thừa Tầng Network 4-151 Kết phân chia thưa thớt-dày đặc: Dày đặc Thưa thớt: Nhóm thành viên router giả định router cắt giảm thực Kiến trúc data-driven mcast (ví dụ RPF) Băng thơng router khơng thuộc nhóm xử lý phung phí Khơng có thành viên router thực gia nhập Kiến trúc receiver- driven mcast (ví dụ dựa vào trung tâm) Băng thông router khơng thuộc nhóm xử lý vừa phải Tầng Network 4-152 PIM- kiểu dày đặc flood-and-prune RPF: tương tự DVMRP nhưng… Giao thức bên cung cấp thông tin RPF cho datagram đến flood xuống (downstream) phức tạp (ít hiệu quả) so với DVMRP giảm phụ thuộc vào thuật toán định tuyến Có chế giao thức cho router để phát có phải router node (leafnode) Tầng Network 4-153 PIM – kiểu thưa thớt Tiếp cận dựa vào trung tâm (center-based) router gởi thông điệp gia nhập (join msg) đến rendezvous point (RP) Các router trung gian cập nhật trạng thái forward thông điệp gia nhập Sau gia nhập thông qua RP, router chuyển sang xác định nguồn (source-specific tree) Hiệu xuất tăng: tập trung, đường ngắn R1 join R2 R3 R4 join R5 join R6 Tất liệu multicast đến từ rendezvous point R7 rendezvous point Tầng Network 4-154 PIM – kiểu thưa thớt (Các) Bên gửi: Dữ liệu unicast đến RP, RP phân phối xuống có nút gốc RP RP mở rộng multicast dịng lên đếnR3 nguồn RP gởi thơng điệp dừng (stop msg) khơng có bên nhận ngắn vào “khơng có lắng nghe!” R1 R4 join R2 join R5 join R6 Tất liệu multicast đến từ rendezvous point R7 rendezvous point Tầng Network 4-155 Chapter 4: Hoàn thành! 4.1 Giới thiệu 4.2 Mạng mạch ảo mạng datagram (virtual circuit and datagram networks) 4.3 bên router 4.4 IP: Internet Protocol datagram định dạng, định địa IPv4, ICMP, IPv6 4.5 thuật toán định tuyến link state, distance vector, định tuyến phân cấp 4.6 định tuyến Internet RIP, OSPF, BGP 4.7 broadcast and multicast routing Hiểu nguyên tắt đằng sau dịch vụ tầng network: Các mơ hình dịch vụ tầng network, so sánh cách mà router forwarding routing liệu, định tuyến(chọn đường đi), broadcast, multicast Hiện thực Internet Tầng Network 4-156 ... Network 4- 2 Chương 4: Nội dung 4. 1 Giới thiệu 4. 2 virtual circuit network (Mạng mạch ảo) datagram network 4. 3 Cấu trúc bên router 4. 4 IP: Internet Protocol Định dạng datagram IPv4 addressing... Network 4- 9 Chương 4: Nội dung 4. 1 Giới thiệu 4. 2 virtual circuit network (Mạng mạch ảo) datagram network 4. 3 Cấu trúc bên router 4. 4 IP: Internet Protocol Định dạng datagram IPv4 addressing... Điện thoại Bên mạng phức tạp Tầng Network 4- 20 Chương 4: Nội dung 4. 1 Giới thiệu 4. 2 virtual circuit network (mạng mạch ảo) datagram network 4. 3 Cấu trúc bên router 4. 4 IP: Internet Protocol