Bài giảng Mạng máy tính: Bài 9 (Chương IV) cung cấp những kiến thức về tầng mạng như: Giao thức thông điệp kiểm soát Internet, Internet Protocol, giải thuật định tuyến. Tài liệu phục vụ cho các bạn chuyên ngành Công nghệ Thông tin.
Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính Bài giảng Mạng máy tính ThS NGUYỄN CAO ĐẠT E-mail:dat@cse.hcmut.edu.vn Bài giảng 9: Tầng Mạng(t.t) Tham khảo: Chương 4: “Computer Networking – A top-down approach” Kurose & Ross, 5th ed., Addison Wesley, 2010 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng Chương 4: Tầng Mạng 4.1 Giới thiệu 4.2 Bên định tuyến gì? 4.3 IP: Internet Protocol Định dạng gói tin Đánh địa IPv4 ICMP IPv6 4.4 Các giải thuật định tuyến 4.5 Định tuyến Internet Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 Trạng thái liên kết Véc-tơ Khoảng cách Định tuyến phân cấp RIP OSPF BGP MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng ICMP: Giao thức thông điệp kiểm soát Internet sử dụng máy tính bđt để liên lạc thơng tin tầng-mạng báo cáo lỗi: máy, mạng, cổng, giao thức không liên lạc yêu cầu/phản hồi gói echo (sử dụng ping) nằm tầng “trên” IP: th/điệp ICMP mang gói tin IP thơng điệp ICMP: loại, mã với byte đầu gói tin IP mà gây lỗi Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 Loại 3 3 3 Mã 0 10 11 12 0 0 Chú giải phản hồi echo (ping) mạng đích ko liên lạc máy đích ko liên lạc g/thức đích ko liên lạc cổng đích ko liên lạc mạng đích khơng biết máy đích khơng biết giảm tốc độ nguồn (kstn – không dùng) truy vấn echo (ping) quảng bá tuyến đường tìm tuyến đường TTL hết hạn mào đầu IP bị lỗi MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng Traceroute ICMP Nguồn gửi loạt khúc UDP cho đích khúc có TTL =1 khúc thứ có TTL=2, v.v số cổng khơng cố định Khi gói tin thứ n đến bđt n: BĐT loại bỏ gói tin Và gửi lại nguồn thông điệp ICMP (loại 11, mã 0) Thông điệp bao gồm tên địa IP bđt Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 Khi thơng điệp ICMP tới, nguồn tính RTT Traceroute thực việc lần Điều kiện để ngừng lại Khúc UDP đến máy đích Máy trả gói ICMP “máy đích khơng tới được” (loại 3, mã 3) Khi nguồn nhận ICMP này, dừng lại MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng Chương 4: Tầng Mạng 4.1 Giới thiệu 4.2 Bên định tuyến gì? 4.3 IP: Internet Protocol Định dạng gói tin Đánh địa IPv4 ICMP IPv6 4.4 Các giải thuật định tuyến 4.5 Định tuyến Internet Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 Trạng thái liên kết Véc-tơ Khoảng cách Định tuyến phân cấp RIP OSPF BGP MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng IPv6 Động lực ban đầu: không gian địa 32-bit cấp phát hết t/g ngắn Động lực khác: định dạng mào đầu giúp tăng tốc xử lý/chuyển tiếp gói tin thay đổi mào đầu để hỗ trợ QoS Định dạng gói tin IPv6: mào đầu có độ dài cố định 40 byte khơng cho phép phân khúc Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng Mào đầu IPv6 (tt) Mức ưu tiên: xác định mức ưu tiên gói tin Nhãn luồng: xác định gói tin “luồng” (khái niệm “luồng” chưa thực chuẩn) Mào đầu tiếp theo: xác định liệu giao thức tầng Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng Những thay đổi khác từ IPv4 Tổng kiểm tra: loại bỏ hoàn toàn để giảm thời gian xử lý thiết bị Tùy chọn: cho phép, nằm phần mào đầu, định trường “Next Header” ICMPv6: phiên ICMP thơng điệp bổ sung, vd: “Gói tin q lớn” chức quản lý nhóm gửi-nhiều-đích (multicast) Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng Chuyển tiếp Từ IPv4 Tới IPv6 Không thể nâng cấp tất bđt lúc Làm để mạng làm việc với định tuyến IPv4 IPv6? Tạo đường hầm: IPv6 mang liệu gói tin IPv4 bđt IPv4 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng 10 Giải thuật Dijsktra Khởi tạo: N' = {u} với nốt v v kề với u D(v) = c(u,v) D(v) = ∞ Lặp tìm w khơng thuộc N' cho D(w) 10 thêm w vào N' 11 cập nhật D(v) cho tất v kề với w ko thuộc N' : 12 D(v) = min( D(v), D(w) + c(w,v) ) 13 /* chi phí tới v chi phí cũ tới v chi phí 14 tuyến ngắn tới w cộng với chi phí từ w tới v */ 15 tới tất nốt thuộc N' Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng 20 Giải thuật Dijkstra: Ví dụ Bước N' u ux uxy uxyv uxyvw uxyvwz D(v),p(v) D(w),p(w) 2,u 5,u 2,u 4,x 2,u 3,y 3,y D(x),p(x) 1,u D(y),p(y) ∞ 2,x D(z),p(z) ∞ ∞ 4,y 4,y 4,y u Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 v x w 1 y z MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng 21 Giải thuật Dijkstra: ví dụ (2) Kết đường ngắn từ u: v w u Kết bảng chuyển tiếp u: đích z x y liên kết v x (u,v) (u,x) y (u,x) w (u,x) z (u,x) Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng 22 Giải thuật Dijkstra, thảo luận Độ phức tạp giải thuật: n nốt lần lặp: phải kiểm tra tất n nốt, w, ko thuộc N thực n(n+1)/2 lần so sánh: O(n2) có khả thực tốt hơn: O(nlogn) Dạng khác: vd, chi phí liên kết = lượng lưu lượng sử dụng D A 0 C 1+e B e 2+e D e khởi đầu Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 A 1+e C B … tính lại định tuyến D A 2+e B 0 C 1+e … tính lại 2+e D A 1+e C B e … tính lại MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng 23 Chương 4: Tầng Mạng 4.1 Giới thiệu 4.2 Bên định tuyến gì? 4.3 IP: Internet Protocol Định dạng gói tin Đánh địa IPv4 ICMP IPv6 4.4 Các giải thuật định tuyến 4.5 Định tuyến Internet Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 Trạng thái liên kết Véc-tơ Khoảng cách Định tuyến phân cấp RIP OSPF BGP MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng 24 Giải thuật Véc tơ-Khoảng cách Phương trình Bellman-Ford (lập trình động) Xác định dx(y) := chí phí tuyến đường rẻ từ x tới y Khi dx(y) = {c(x,v) + dv(y) } v với lấy tất hàng xóm v x Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng 25 Ví dụ Bellman-Ford u v x w 1 y Rõ ràng, dv(z) = 5, dx(z) = 3, dw(z) = z phương trình B-F: du(z) = { c(u,v) + dv(z), c(u,x) + dx(z), c(u,w) + dw(z) } = {2 + 5, + 3, + 3} = node mà đạt giá trị node tuyến đường ngắn ➜ bảng chuyển tiếp Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng 26 Giải thuật Véc tơ-Khoảng cách Dx(y) = chi phí thấp từ x tới y node x biết chi phí tới hàng xóm v: c(x,v) node x trì véc tơ khoảng cách Dx = [Dx(y): y є N ] node x trì véc tơ khoảng cách hàng xóm Cho hàng xóm v, x trì Dv = [Dv(y): y є N ] Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng 27 Giải thuật Véc tơ-Khoảng cách Ý tưởng bản: Qua thời gian, node gửi đo đạc VTKC tới hàng xóm Không đồng Khi node x nhận DV từ hàng xóm, cập nhật DV sử dụng p/trình B-F: Dx(y) ← minv{c(x,v) + Dv(y)} với node y ∊ N Với vài điều kiện nhỏ, giá trị Dx(y) hội tụ tới giá trị chi phí nhỏ thực tế dx(y) Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng 28 Giải thuật Véc tơ-Khoảng cách (5) Lặp, không đồng bộ: vòng lặp cục gây bởi: thay đổi chi phí liên kết cục thơng điệp cập nhật DV từ hàng xóm Mỗi node: chờ cho (thay đổi chi phí liên kết cục t/điệp từ hàng xóm) Phân tán: node thơng báo cho hàng xóm DV thay đổi hàng xóm lại thơng báo cho hàng xóm chúng, cần Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 tính lại đo đạc DV tới đích thay đổi, thơng báo cho hàng xóm MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng 29 Dx(z) = min{c(x,y) + Dy(z), c(x,z) + Dz(z)} = min{2+1 , 7+0} = Dx(y) = min{c(x,y) + Dy(y), c(x,z) + Dz(y)} = min{2+0 , 7+1} = bảng node x c.phí tới x y z ∞ ∞ từ từ x y ∞∞ z ∞∞ bảng node y c.phí x y c.phí tới x y z x y z tới z x ∞ ∞ ∞ y z ∞∞ ∞ bảng node z c.phí tới x y z từ từ x x y z ∞∞ ∞ ∞∞ ∞ Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 t y z MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng 30 c.phí tới c.phí tới x y z x y z x y ∞∞ ∞ y z ∞∞ ∞ bảng node y c.phí tới z từ từ ∞∞ ∞ Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 c.phí tới x y z y x y x y z y y x z ∞∞ ∞ bảng node z c.phí tới ∞∞ ∞ z từ z x x x y z từ từ y ∞ ∞ ∞ 2 c.phí tới x y z x x y z z c.phí tới c.phí tới x y z x y z x x y y z z từ z = min{2+1 , 7+0} = c.phí tới từ x từ từ bảng node x Dx(z) = min{c(x,y) + Dy(z), c(x,z) + Dz(z)} Dx(y) = min{c(x,y) + Dy(y), c(x,z) + Dz(y)} = min{2+0 , 7+1} = t x y z MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng 31 VTKC: chi phí liên kết thay đổi Chi phí liên kết thay đổi: node nhận thay đổi chi phí liên kết cục cập nhật t/tin định tuyến, tính lại véc tơ KC DV thay đổi, thơng báo hàng xóm “tin tốt truyền nhanh” y x 50 z t0, y phát thay đổi chi phí lk, cập nhật DV nó, thơng báo hàng xóm t1, z nhận cập nhật y cập nhật bảng Nó tính chi phí thấp tới x gửi cho hàng xóm DV t2, y nhận cập nhật z cập nhật DV tuyến đường chi phí thấp y khơng đổi khơng gửi thơng điệp cho z Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng 32 Véc tơ KC: chi phí liên kết thay đổi Chi phí liên kết thay đổi: tin tốt truyền nhanh tin xấu truyền chậm – vấn đề “đếm tới vơ cùng”! 44 vịng lặp trước giải thuật ổn định 60 y x 50 z Sự nhiễm độc ngược: Nếu Z qua Y để tới X: Z nói Y khoảng cách tới X vơ tận (vậy Y không qua Z để tới X) liệu cách có giải hồn tồn vấn đề đếm tới vô không? Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng 33 So sánh giải thuật LS DV Sự phức tạp th/điệp LS: với n node, E liên kết, O(nE) th/đ gửi DV: trao đổi hàng xóm với t/gian hội tụ thay đổi Tốc độ hội tụ LS: O(n2) giải thuật cần O(nE) thông điệp có dao động DV: thời gian hội tụ thay đổi có vịng lặp định tuyến vấn đề đếm-tới-vô-cùng Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 Sức chịu đựng: bđt trục trặc? LS: node quảng bá chi phí liên kết sai node tính tốn bảng riêng DV: node DV quảng bá chi phí tuyến đường sai bảng node dùng node khác lỗi lan truyền mạng MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng 34 ... IPv6 bên IPv4 Flow: X Src: A Dest: F data E-tới-F: B-tới-C: IPv6 IPv6 bên MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN IPv4 Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng 12 Chương 4: Tầng Mạng 4.1 Giới thiệu 4.2 Bên định tuyến... lớn” chức quản lý nhóm gửi-nhiều-đích (multicast) Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2011 MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng Chuyển tiếp Từ IPv4... Thuật Máy Tính © 2011 Trạng thái liên kết Véc-tơ Khoảng cách Định tuyến phân cấp RIP OSPF BGP MẠNG MÁY TÍNH CĂN BẢN Bài giảng - Chương 4: Tầng Mạng IPv6 Động lực ban đầu: không gian địa 32-bit