Chương 4 giúp người học hiểu về Giao thức tầng mạng. Nội dung trình bày cụ thể gồm có: Giới thiệu và chức năng của tầng mạng, network service model (VC and Datagram), thiết bị tầng mạng - Bộ định tuyến (router), giao thức IP (Internet Protocol), giao thuật chọn đường (Routing Algorithms).
Chương Giao thức tầng mạng (network layer) Bang Q.H Tran Faculty of Information Technology University of Transports and Communication (HCM Campus) Email: bangtqh@utc2.edu.vn 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 bangtqh@utc2.edu.vn Chương Giao thức tầng mạng Chức tầng mạng Truyền gói tin (packets) từ sending application host tới receiving host transport segment network data link physical packets (datagrams) Network layer cài đặt router end system Chức năng: 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 bangtqh@utc2.edu.vn 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 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 bangtqh@utc2.edu 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 bangtqh@utc2.edu.vn 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 ảo (virtual circuit) lược đồ (gam) liệu (datagram) bangtqh@utc2.edu.vn Chương Giao thức tầng mạng 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, thơng báo cho network layer biết, network layer huỷ bỏ VC Còn gọi connection-oriented Mỗi gói tin chứa thêm thơng tin kênh mà qua (VC identifier number) Các routers/packet switches kênh ảo (VC) nắm giữ trạng thái kênh qua bangtqh@utc2.edu.vn 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 bangtqh@utc2.edu.vn Receive data application Accept call incoming call Chương Giao thức tầng mạng transport network data link physical application transport network data link physical host A application transport network data link physical server B Sự khác biệt liên kết tầng Transport Network? application transport network data link physical bangtqh@utc2.edu application transport network data link physical Chương Giao thức tầng mạng 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 bangtqh@utc2.edu.vn application transport network Receive data data link physical Chương Giao thức tầng mạng 10 Network taxonomy (review) communication networks switched broadcast networks (vd Radio, networks Broadcast TV) circuit-switched networks packet-switched networks (vd telephone) FDM bangtqh@utc2.edu TDM datagram networks (vd Internet) virtual circuitswitched networks (vd ATM) 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 sốt, khơi phục lỗi kiến trúc bên mạng đơn giản kết nối mạng phức tạp Nhiều dạng liên kết mạng dẫn đến dịch vụ (kênh) khơng thích hợp bangtqh@utc2.edu 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 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 bangtqh@utc2.edu.vn Chương Giao thức tầng mạng 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 bangtqh@utc2.edu.vn Chương Giao thức tầng mạng 14 Input ports Physical layer: bit-level reception Data link layer: e.g., Ethernet bangtqh@utc2.edu Decentralized switching: 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 Các cấu chuyển mạch (switching fabrics) bangtqh@utc2.edu 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 bangtqh@utc2.edu.vn 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 bangtqh@utc2.edu.vn Chương Giao thức tầng mạng 18 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 bangtqh@utc2.edu Chương Giao thức tầng mạng 19 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 bangtqh@utc2.edu 32 bits head type of length len service fragment 16-bit identifier flgs offset time to upper Internet layer live checksum ver 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 E.g timestamp, record route taken, specify list of routers to visit 20 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 Chương Giao thức tầng mạng bangtqh@utc2.edu.vn 77 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 R1 bangtqh@utc2.edu.vn BGP R2 (OSPF intra-AS routing) Chương Giao thức tầng mạng AS3 (OSPF intra-AS routing) 78 Các thiết bị liên kết mạng Card mạng (Network Interface Card - NIC) Modem Repeater (Bộ chuyển tiếp) Hub (Bộ tập trung) Bridge (Cầu nối) Switch (Bộ chuyển mạch) Router (Bộ định tuyến) Gateway (Cổng nối) bangtqh@utc2.edu Chương Giao thức tầng mạng 79 79 Biểu diễn thiết bị mạng sơ đồ mạng bangtqh@utc2.edu Chương Giao thức tầng mạng 80 80 Card mạng Kết nối máy tính cáp mạng để phát nhận liệu với máy tính khác thơng qua mạng Kiểm sốt luồng liệu máy tính hệ thống cáp Mỗi NIC (Network Interface Adapter Card) có mã gọi địa MAC (Media Access Control) MAC address có byte, byte đầu mã số nhà sản xuất, byte sau số serial card bangtqh@utc2.edu Chương Giao thức tầng mạng 81 81 Chương Giao thức tầng mạng 82 82 Card mạng (tt) bangtqh@utc2.edu Modem Là tên viết tắt hai từ điều chế (MOdulation) giải điều chế (DEModulation) Điều chế tín hiệu số (Digital) sang tín hiệu tương tự (Analog) để gởi theo đường điện thoại ngược lại Có loại Internal External bangtqh@utc2.edu Chương Giao thức tầng mạng 83 83 Chương Giao thức tầng mạng 84 84 Modem bangtqh@utc2.edu Repeater (bộ chuyển tiếp) Khuếch đại, phục hồi tín hiệu bị suy thối tổn thất lượng truyền Cho phép mở rộng mạng vượt xa chiều dài giới hạn môi trường truyền Chỉ dùng nối hai mạng có giao thức truyền thông Hoạt động lớp Physical bangtqh@utc2.edu Chương Giao thức tầng mạng 85 85 86 86 Repeater (bộ chuyển tiếp) bangtqh@utc2.edu Chương Giao thức tầng mạng Hub (bộ tập trung) Chức Repeater mở rộng với nhiều đầu cắm đầu cáp mạng Tạo điểm kết nối tập trung để nối mạng theo kiểu hình Tín hiệu phân phối đến tất kết nối Có loại Hub: thụ động, chủ động, thông minh bangtqh@utc2.edu Chương Giao thức tầng mạng 87 87 Hub (bộ tập trung) Hub thụ động (Passive Hub): đảm bảo chức kết nối, khơng xử lý lại tín hiệu Hub chủ động (Active Hub): có khả khuếch đại tín hiệu để chống suy hao Hub thông minh (Intelligent Hub): Hub chủ động có thêm khả tạo gói tin thơng báo hoạt động giúp cho việc quản trị mạng dễ dàng bangtqh@utc2.edu Chương Giao thức tầng mạng 88 88 Hub (bộ tập trung) bangtqh@utc2.edu Chương Giao thức tầng mạng 89 89 Bridge (cầu nối) Dùng để nối mạng có giao thức giống khác Chia mạng thành nhiều phân đoạn nhằm giảm lưu lượng mạng Hoạt động lớp Data Link với chức lọc chuyển vận Dựa bảng địa MAC lưu trữ, Brigde kiểm tra gói tin xử lý chúng trước có định chuyển hay không bangtqh@utc2.edu Chương Giao thức tầng mạng 90 90 Bridge (cầu nối) Bridge Hub bangtqh@utc2.edu Hub Chương Giao thức tầng mạng 91 91 92 92 Switch (bộ chuyển mạch) Là thiết bị giống Bridge Hub cộng lại thơng minh Có khả chuyển liệu đến kết nối thực cần liệu làm giảm đụng độ mạng Dùng để phân đoạn mạng mạng cục lớn (VLAN) Hoạt động lớp Data Link bangtqh@utc2.edu Chương Giao thức tầng mạng Switch (bộ chuyển mạch) bangtqh@utc2.edu Chương Giao thức tầng mạng 93 93 94 94 Switch (bộ chuyển mạch) bangtqh@utc2.edu Chương Giao thức tầng mạng Router (Bộ định tuyến) Dùng để ghép nối mạng cục lại với thành mạng rộng Lựa chọn đường tốt cho gói tin hướng mạng bên ngồi Hoạt động chủ yếu lớp Network Có phương thức định tuyến chính: Định tuyến tĩnh: cấu hình đường cố định cài đặt đường vào bảng định tuyến Định tuyến động: Vectơ khoảng cách: RIP, IGRP, EIGRP, BGP Trạng thái đường liên kết: OSPF bangtqh@utc2.edu Chương Giao thức tầng mạng 95 95 96 96 Router (Bộ định tuyến) bangtqh@utc2.edu Chương Giao thức tầng mạng Gateway (Proxy - cổng nối) Thường dùng để kết nối mạng không nhất, chủ yếu mạng LAN với mạng lớn bên ngồi khơng dùng kết nối LAN – LAN Kiểm soát luồng liệu vào mạng Hoạt động phức tạp chậm Router Hoạt động từ tầng thứ bangtqh@utc2.edu Chương Giao thức tầng mạng 97 97 98 98 Phương tiện truyền dẫn Cáp đồng trục Cáp xoắn đôi Cáp quang Wireless bangtqh@utc2.edu Chương Giao thức tầng mạng Cáp đồng trục (coaxial) Cấu tạo Phân loại Thinnet/Thicknet Baseband/ Broadband Thông số kỹ thuật Chiều dài cáp Tốc độ truyền Nhiễu Lắp đặt/bảo trì Giá thành Kết nối bangtqh@utc2.edu Chương Giao thức tầng mạng 99 99 Cáp đôi dây xoắn Unshielded Twisted Pair (UTP) Cable bangtqh@utc2.edu Chương Giao thức tầng mạng 100 100 Cáp đôi dây xoắn Shielded Twisted Pair (STP) Cable bangtqh@utc2.edu 101 101 Chương Giao thức tầng mạng Chuẩn cáp 568A & 568B bangtqh@utc2.edu Chương Giao thức tầng mạng Giới thiệu 102 102 Phương thức bấm Cáp bangtqh@utc2.edu Chương Giao thức tầng mạng Giới thiệu 103 103 Cáp quang (Fiber optic) Thành phần & cấu tạo Dây dẫn Nguồn sáng (LED, Laser) Đầu phát (Photodiode, photo transistor) Phân loại Multimode stepped index Multimode graded index Single mode (mono mode) Thông số kỹ thuật Chiều dài cáp Tốc độ truyền Nhiễu Lắp đặt/bảo trì Giá thành Kết nối Lớp phủ Lõi bangtqh@utc2.edu Chương Giao thức tầng mạng Lớp đệm 104 104 Cáp quang (Fiber optic) bangtqh@utc2.edu Chương Giao thức tầng mạng 105 105 ... bangtqh@utc2.edu 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... bangtqh@utc2.edu.vn 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... 69 4F 47 76 54 65 0A A0 00 A0 A0 80 D9 20 33 76 3A 63 70 4B 20 20 20 A3 24 00 24 24 80 00 54 3A 36 20 6B 65 45 31 31 74 5F 6F CB 6F 6F 18 00 75 34 2E 6E 65 6E 52 35 39 6F 44 B6 06 B7 B6 43 14