Bài giảng Mạng máy tính: Chương 4.1 - Nguyễn Cao Đạt

Bài giảng Mạng máy tính: Chương 4.1 do Nguyễn Cao Đạt biên soạn nhằm trang bị cho các bạn những kiến thức về lớp Network (mục tiêu, thiết bị, tổ chức, giải thuật,..). Bài giảng phục vụ cho các bạn chuyên ngành Công nghệ thông tin và những bạn quan tâm tới lĩnh vực này.

Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK CHƯƠNG IV Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trang Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK z Mục tiêu thiết kế lớp network : – Liên mạng: z z z z – – Autonomous domain (subnet) Sử dụng cách đánh địa mạng có tính toàn cục Định tuyến Sử dụng nhiều kỹ thuật liên kết (LAN, WAN) Định tuyến liên mạng Giải tắc nghẽn Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trang Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK z Thiết bị sử dụng : – – – Chuyên dụng dùng vào mục đích đặc biệt Làm việc với kỹ thuật LAN hay WAN Được biết tên router hay gọi gateway •router Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trang Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK z Tổ chức bên lớp network : – – Virtual circuit z Cầu nối thiết lập đường packet z Tất các liệu truyền qua cầu nối z Cầu nối đóng virtual circuit đóng Datagram z Packet tìm đường độc lập z Từng datagram chứa đựng đầy đủ địa Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trang Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK z Ví dụ veà IP (Internet Protocol) – – – – z RFC 791 Giao thức lớp phổ biến Giao thức tảng tạo nên Internet Connectionless Ví dụ địa IP – – Độc lập với địa phần cứng (MAC) Được dùng cho giao thức lớp cao ứng dụng mạng Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trang Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK z Ví dụ địa IPv4 – – Được dùng cho vấn đề truyền thông liên mạng Được gán giao tiếp mạng z z – Một địa IP tương ứng kết nối máy tính mạng Một máy tính có nhiều giao tiếp mạng tương ứng có địa IP giao tiếp mạng Có chiều dài 32 bit chia thành hai phần: z z prefix định mạng (do global authority gán) suffix định máy tính giao tiếp (do Local administrator gán) Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trang Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK •Mô hình đánh địa IP mạng Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trang Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK z Ví dụ dịnh dạng Packet (IP Datagram) Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trang Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK z Ví dụ vấn đề truyền nhận IP Datagram – – – z Không hướng kết nối (connectionless), tức có thay đổi đường Có thể trì hoãn truyền không theo thứ tự Có thể bị truyền cần tạo Ví dụ định tuyến IP – – – Được diễn tả router Chuyển tiếp dựa hop-by -hop Địa đích dùng cho việc xác định đường Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trang Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK z Ví dụ việc định tuyến – – – – Xác định địa đích D Tìm đường đến D bảng đường Tìm địa gởi (Next hop address) Gởi Frame đến N Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trang 10 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK IP Routing 140.192.10.5 0060CA23BE45 140.192.10.25 0060CA34CD29 140.192.100.34 0060CA4AD2EE 140.192.10.1 00C0C1AA3411 140.192.201.1 00C0C1AA3410 140.192.201.22 0060CA3499CC 140.192.201.126 0060CA3499DE 140.192.100.8 0060CAAABBCC 140.192.100.1 00C0C1AA3412 Router 140.192.34.1 00C0C1AA3413 140.192.34.34 0060CA114499 140.192.34.35 0060CA7819AA Trang 11 Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK z Làm để chuyển liệu mạng – Dựa vào bảng đường định tuyến Layer < > Layer Table ARP Table Routing Table Network Interface Network.Host Layer 140.192.10.0 140.192.10.5 0060CA23BE45 140.192.100.0 140.192.10.25 0060CA34CD29 140.192.201.0 140.192.100.34 0060CA4AD2EE 140.192.34.0 140.192.100.8 0060CAAABBCC 140.192.201.22 0060CA3499CC 140.192.201.126 0060CA3499DE 140.192.34.34 0060CA114499 140.192.34.35 0060CA7819AA Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trang 12 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK From 140.192.34.34 to 140.192.10.5 140.192.34.34 knows that 140.192.10.5 isn't on the same net and sends it to router at 140.192.34.1 Note DA for layer 00C0C1AA3413 0060CA114499 IP 140.192.10.5 140.192.34.34 Data FCS Inside the router the Layer headers and trailers are removed leaving only the layer packet The router looks up the packet's DA in the routing table and forwards to the appropriate interface 140.192.10.5 140.192.34.34 Data At the interface, layer headers and trailers are added back DA is the address of the destination host SA is the address of the router FCS is recalculated 0060CA23BE45 00C0C1AA3411 IP 140.192.10.5 140.192.34.34 Baûn quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Data FCS Trang 13 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK z ARP: – – – Address Resolution Protocol Phân giải địa IP thành địa MAC Mỗi node gởi broadcast tìm node khác: z – Node tương ứng trả lời với địa MAC z z 140.192.34.34 broadcasts tìm 140.192.34.1 140.192.34.1 trả lời với 00C0C1AA3412 Bảng ARP: – Bao gồm trường (IP, MAC) học từ node láng giềng Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trang 14 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK z Ví dụ bảng đường Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trang 15 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK z Làm để xây dựng bảng đường ? – Làm tay (Static Routing) z z z – Bảng tạo tay Thường dùng mạng nhỏ Được dùng đường không thay đổi Tự động (Dynamic Routing) z z z z Phần mềm tạo cập nhật thông tin bảng Cần dùng mạng lớn Thay đổi đường có số cố xảy Ví dụ: Distance Vector Routing, Link State Routing, Hierarchical Routing Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trang 16 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK z Làm để tìm đường tốt ? – Biểu diễn mạng dạng đồ thị: Node : biểu diễn cho router Arc :biểu diễn communication line (link) Đại lượng sử dụng: z z z Khoảng cách – Thời gian delay trung bình – Dung lựơng – – Sử dụng giải thuật tìm đường Dijkstra Flooding, Flow-Based Routing z z z Trang 17 Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK B A E F B (2 , A ) A D E (¥ , -) H G (6 , A ) (b ) (a ) B (2 , A ) A C (9 , B ) B (2 , A ) E (4 , B ) F (¥ , -) G (6 , A ) D (¥ ,-) A A F (6 , E ) H (¥ , -) B (2 , A ) E (4 , B ) F (6 , E ) ãMoọt D (Ơ ,1 ) (d ) C (9 , B ) H (9 , G ) (e ) H (¥ , -) C (9 , B ) G (5 , E ) H (¥ , -) G (5 , E ) D (¥ , -) E (4 , B ) (c ) B (2 , A ) F (¥ , -) G C (¥ , -) C D (¥ ,-) A C (9 , B ) E (4 , B ) F (6 ,E ) G (5 , E ) D (¥ ,-) H (8 , F ) (f) ví dụ tìm đường từ A->D dùng Dijkstra Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trang 18 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK z Giải thuật Flooding : – – – – Packet đến gởi tất link Tạo lượng lớn packet trùng lặp Các kỹ thuật giải trùng lặp : z Dùng kỹ thuật hop counter để loại bỏ z Lưu trữ lại packet flood Selective flooding : z Router gởi packet link hướng tới đích Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trang 19 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK z Giải thuật Flow-Based Routing : – Thuật giải sử dụng tải & mô hình mạng (topology) cho tính toán chọn đường tốt (có thời gian trể trung bình nhỏ nhất) z z z z Tính toán thời gian trễ trung bình dựa tải & topology Tính nhiều lần nhiều tập đường Chọn tập đường tốt Các thông tin để tính toán thời gian trể trung bình: z z z z Mô hình mạng Lưu lượng thông tin node (router) Dung lượng đường truyền node (router) Tập đường sử dụng Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trang 20 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK Giải thuật Flow-Based Routing : z A A 20 C 20 A 20 10 20 20 Destination C D E F AB ABC ABFD AE AEF B BA D 10 E 50 F (a) A subnet with line capacibilities shown in kbps Source B B C BC CBA CB BFD BFE BF CD 3 D DFBA DFB DC E EA EFB EC 4 F FEA FB CE CEF DCE DF ECD FEC FD EF FE (b) The traffic in packets/sec and the routing matrix Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trang 21 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK z Các công thức tính toán – Ti= 1/(µCi - λi) – Wi= λI / Σ λi – Taver = Ti x Wi Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trang 22 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK z Ví dụ: (giả sử 1/µ = 800 bits/packet) Line λ (pkts/sec) AB 14 BC 12 CD AE 11 EF 13 FD BF 10 EC C(kbps) 20 20 10 20 50 10 20 T(msec) 91 77 154 71 20 222 67 µC(pkts/sec) 25 25 12.5 25 62.5 12.5 25 20 25 Weight 0.171 0.146 0.073 0.134 0.159 0.098 0.122 59 0.098 Trang 23 Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK z Distance Vector Routing – – – – – Là giải thuật động (RIP, RIPv2, IGRP) Còn gọi Bellman-Ford, Ford-Fulkerson routing Từng router có bảng cho biết đường tốt tới đích Định kỳ trao đổi bảng đường với router láng giềng Tính toán lại liên kết có lỗi Newestimated delay fromJ Router A E I B C D F G J L K (a) Subnet H Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin To A 12 25 40 14 23 18 17 21 24 29 JA delay is I 24 36 18 27 20 31 20 11 22 33 JI delay is 10 H K 20 21 31 28 19 36 24 30 22 19 40 31 19 14 22 10 22 9 JH JK delay delay is is 12 20 28 20 17 30 18 12 10 15 New routing table for J Vectors received from J's four neighbors (b) routing table Trang 24 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK z Distance Vector Routing : (Tiếp theo) – Vấn đề Count-to-Infinity : A B C D E ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 1 1 2 3 A B C D E Initially After exchange After exchanges After exchanges After exchanges 3 5 7 2 4 6 3 5 7 4 4 6 ∞ ∞ (a) ∞ ∞ Initially After exchange After exchange After exchange After exchange After exchange After exchange (b) Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trang 25 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK z Distance Vector Routing : (Tiếp theo) – Giải vấn đề Count-to-Infinity : z Hold down : – z Report the entire path : – z Chờ thời gian trước thay đổi đường Báo giá trị vô router Căn dựa vào timer Bảo đảm không bị lăp trả giá đắt Split horizon : – Không báo đường đến router láng giềng hướng không nhận từ router láng giềng khác Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trang 26 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK z Link State Routing : OSPF Các router trao đổi thông tin trạng thái liên kết Cách thực : – – – Tìm neighbors & học địa : z Dùng packet HELLO – Tính toán delay & chi phí cho neighbors : z Dùng packet ECHO – Xây dựng packet dùng báo tất học Gởi packet đến tất router : dùng flooding Tính toán đường ngắn tới router khác z z z Trang 27 Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK z Link State Routing : (Tiếp theo) Xây dựng Link State packet : z Packet bao gồm : – Sender Sequence number & age Danh saùch caùc neighbors – – – B C A D E F (a) A subnet A Seq Age B E Link B Seq Age A C F State C Seq Age B D E D Seq Age C F Packets E Seq Age A C F F Seq Age B D E (b) The link state packets for this subnet Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trang 28 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK z Hierarchical Routing : Hệ thống mạng lớn -> bảng routing lớn : – Hao tốn nhiều tài nguyên xử lý Hao tốn nhiều bandwitdth để truyền nhận report z z Router chia thành vùng (regions) Router biết rõ vùng & cấu trúc vùng khác – – Trang 29 Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM LỚP NETWORK z Hierarchical Routing : (Tiếp theo) Full table for 1A Region Region 1B 2A 2B 1A 1C 4A 3A 3B Region 4B 5A 4C Region (a) 2C 2D 5B 5C 5D 5E Region Dest Line Ð 1A 1B 1B 1C 1C 2A 1B 2B 1B 2C 1B 2D 1B 3A 1C 3B 1C 4A 1C 4B 1C 4C 1C 5A 1C 5B 1C 5C 1B 5D 1C 5E 1C Hops Ð 1 3 3 4 5 Hierarchical table for 1A Dest Line Ð 1A 1B 1B 1C 1C 1B 1C 1C 1C (b) Bản quyền ®2004- Khoa Công Nghệ Thông Tin Hops Ð 1 2 (c) Trang 30 ... tiếp mạng z z – Một địa IP tương ứng kết nối máy tính mạng Một máy tính có nhiều giao tiếp mạng tương ứng có địa IP giao tiếp mạng Có chiều dài 32 bit chia thành hai phần: z z prefix định mạng. .. , -) G (6 , A ) D (¥ ,-) A A F (6 , E ) H (¥ , -) B (2 , A ) E (4 , B ) F (6 , E ) •Một D (¥ ,1 ) (d ) C (9 , B ) H (9 , G ) (e ) H (¥ , -) C (9 , B ) G (5 , E ) H (¥ , -) G (5 , E ) D (¥ , -) ... (c ) B (2 , A ) F (¥ , -) G C (¥ , -) C D (¥ ,-) A C (9 , B ) E (4 , B ) F (6 ,E ) G (5 , E ) D (¥ ,-) H (8 , F ) (f) ví dụ tìm đường từ A->D dùng Dijkstra Bản quyền ®200 4- Khoa Công Nghệ Thông