Bài giảng Mạng máy tính - Chương 6: Lớp mạng (Network Layer) được biên soạn nhằm trang bị cho các bạn những kiến thức về virtual circuit network và datagram network router. Với các bạn chuyên ngành Công nghệ thông tin thì đây là tài liệu hữu ích.
Chương LỚP MẠNG (Network Layer) Lớp mạng 4-1 NỘI DUNG ❒ GIỚI THIỆU ❒ VIRTUAL CIRCUIT NETWORK VÀ DATAGRAM NETWORK ❒ ROUTER Lớp mạng 4-2 Giới thiệu lớp mạng ❒ Vận chuyển segment ❒ Đóng gói segment vào datagram ❒ Tách segment chuyển cho lớp transport ❒ Các giao thức lớp mạng có host router ❒ router kiểm tra xử lý header IP datagram chuyển 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 network data link data link physical physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical Lớp mạng application transport network data link physical 4-3 Hai chức lớp mạng ❒ routing: Xác định đường cho gói để đến đích ❍ ❒ Giải thuật định tuyến (routing algorithm) forwarding: Chuyển gói từ đầu vào đến đầu thích hợp router Lớp mạng 4-4 Tác động qua lại routing forwarding routing algorithm local forwarding table header value output link 0100 0101 0111 1001 2 Giá trị header gói đến 0111 Lớp mạng 4-5 Thiết lập cầu nối ❒ Là chức quan trọng thứ trog số kiến trúc mạng: ❍ ATM, frame relay, X.25 ❒ Trước datagram chuyển hai host router trung gian phải thiết lập mạch ảo (virtual connection) ❍ Các router tham gia vào ❒ Khác biệt dịch vụ kết nối lớp network lớp transport: ❍ network: hai host ❍ transport: hai process Lớp mạng 4-6 Mơ hình dịch vụ mạng (Network service model) Đâu mơ hình dịch vụ cho kênh vận chuyển gói tin từ nguồn đến đích? Ví dụ dịch vụ cho gói riêng: ❒ Phân phối bảo đảm ❒ Bảo đảm trễ nhỏ 40ms Ví dụ dịch vụ cho luồng gói: ❒ Chuyển phát datagram theo thứ tự ❒ Bảo đảm băng thông tối thiểu cho luồng ❒ Hạn chế biến động khoảng cách gói Lớp mạng 4-7 Các mơ hình dịch vụ lớp Network Kiến trúc Network Internet Service Model Bảo đảm ? Congestion Bandwidth Loss Order Timing feedback best effort none ATM CBR ATM VBR ATM ABR ATM UBR constant rate guaranteed rate guaranteed minimum none no no no yes yes yes yes yes yes no yes no no (inferred via loss) no congestion no congestion yes no yes no no Lớp mạng 4-8 NỘI DUNG ❒ GIỚI THIỆU ❒ VIRTUAL CIRCUIT NETWORK VÀ DATAGRAM NETWORK ❒ ROUTER Lớp mạng 4-9 Dịch vụ connection-oriented connectionless ❒ datagram network cung cấp dịch vụ connectionless ❒ VC network cung cấp dịch vụ connectionoriented ❒ Tương tự với dịch vụ lớp truyền tải, khác chỗ: service: host-to-host ❍ no choice: mạng cung cấp hai ❍ Triển khai: network core ❍ Lớp mạng 4-10 Chức Input Port Physical layer: Tiếp nhận bit Data link layer: Dùng giao thức Fram Relay, Ethernet Chuyển mạch phân tán: ❒ Căn vào đích datagram, tra tìm output port forwarding table chứa input port memory ❒ Mục đích: hồn tất xử lý input port với tốc độ đầu vào ❒ Xếp hàng (queuing): datagram đến nhanh tốc độ chuyển tiếp vào cấu chuyển mạch (switch fabric) Lớp mạng 4-23 Ba loại cấu chuyển mạch Lớp mạng 4-24 Chuyển mạch qua nhớ Các router hệ đầu: ❒ máy tính truyền thống, hoạt động chuyển mạch điều khiển trực tiếp CPU hệ điều hành ❒ Gói chép vào nhớ hệ thống ❒ tốc độ bị hạn chế băng thông nhớ Input Port Memory Output Port System Bus Lớp mạng 4-25 Chuyển mạch qua Bus ❒ datagram từ input port memory đến output port memory qua shared bus ❒ Tranh chấp bus : tốc độ chuyển mạch bị hạn chế băng thơng bus ❒ Ví dụ Cisco 5600 có băng thơng bus 32 Gbps: làm access router cho doanh nghiệp Lớp mạng 4-26 Chuyển mạch qua mạng liên nối (1) ❒ Khắc phục giới hạn băng thông bus ❒ Banyan network, hình dạng liên nối khác phát triển để nối nhiều xử lý hệ đa xử lý ❒ Thiết kế tiên tiến: phân chia datagram thành cell có chiều dài cố định, chuyển cell thông qua cấu chuyển mạch Lớp mạng 4-27 Chuyển mạch qua mạng liên nối (2) ❒ Được xây dựng từ số lớn phần tử chuyển mạch 2x2 kết nối theo qui tắc mạng Banyan ❒ Ví dụ Cisco 12000: chuyển mạch tốc độ 60 Gbps qua interconnection network Lớp mạng 4-28 Output Port ❒ Đệm (Buffering) : datagram đến từ cấu chuyển mạch nhanh tốc độ truyền ❒ Cơ chế lập lịch (Scheduling discipline) : tuyển chọn số datagram xếp hàng để truyền Lớp mạng 4-29 Xếp hàng output port Tranh chấp output port vào thời điểm t Một packet time sau Xếp hàng: - delay - loss : đệm bị tràn Lớp mạng 4-30 Đệm bao nhiêu? ❒ RFC 3439 : đệm trung bình với RTT (giá trị thơng thường 250ms) lần dung lượng liên kết ❍ Ví dụ C = 10 Gbps đệm 2.5 Gbit ❒ Các khuyến nghị với N luồng, đệm bằng: RTT C N Lớp mạng 4-31 Xếp hàng Input Port ❒ Cơ cấu chuyển mạch chậm tổng đầu vào-> xếp hàng hàng đợi đầu vào ❒ Head-of-the-Line (HOL) blocking: datagram xếp trước ngăn cản datagram khác ❒ delay loss đệm nhập bị tràn Tranh chấp output port thời điểm t Chỉ gói đỏ truyền Gói màu xanh bị HOL blocking Lớp mạng 4-32 Một số router thị trường BUFFALO BHR-4RV YAMAHA RTX-1500 Cisco 2600 PLANEX GW-AP54SAG Access Router Cisco CRS-1 Core Router Hitachi GR2000-1B http://www.cisco.com.vn http://www.juniper.net/ http://www.buffalotech.com Juniper M10 Foundry Networks NetIron 800 Cisco 3700 Router cỡ trung Lớp mạng 4-33 Ví dụ ❒ Cho ba đường ứng với: ❍ 11.1.2.0/24 ❍ 11.1.0.0/16 ❍ 11.0.0.0/8 ❒ Xác định đường để chuyển datagram có địa đích 11.1.2.5 Lớp mạng 4-34 Ví dụ (tt) Địa đích: 11.1.2.5 = Đường 1: 11.1.2.0/24 = Đường 2: 11.1.0.0/16 = Đường 3: 11.0.0.0/8 = 00001011.00000001.00000010.00000101 00001011.00000001.00000010.00000000 00001011.00000001.00000000.00000000 00001011.00000000.00000000.00000000 Lớp mạng 4-35 Ví dụ Internet Router A Router C Router B 10.0.0.0/24 10.0.0.0/24 Network 172.16.0.0/24 192.168.0.0/24 Next-hop 10.0.0.0/24 A 172.16.0.0/24 C 192.168.0.0/24 Direct 172.16.0.0/24 Q Mô tả bảng chọn đường C Nếu C nối vào Internet? Lớp mạng 4-36 HẾTCHƯƠNG Lớp mạng 4-37 ... DATAGRAM NETWORK ❒ ROUTER Lớp mạng 4-2 Giới thiệu lớp mạng ❒ Vận chuyển segment ❒ Đóng gói segment vào datagram ❒ Tách segment chuyển cho lớp transport ❒ Các giao thức lớp mạng có host router ❒ router... chuyển tiếp vào cấu chuyển mạch (switch fabric) Lớp mạng 4-2 3 Ba loại cấu chuyển mạch Lớp mạng 4-2 4 Chuyển mạch qua nhớ Các router hệ đầu: ❒ máy tính truyền thống, hoạt động chuyển mạch điều khiển... xanh bị HOL blocking Lớp mạng 4-3 2 Một số router thị trường BUFFALO BHR-4RV YAMAHA RTX-1500 Cisco 2600 PLANEX GW-AP54SAG Access Router Cisco CRS-1 Core Router Hitachi GR200 0-1 B http://www.cisco.com.vn