Bài giảng mạng máy tính và internet

MỤC LỤC CHƯƠNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH VÀ INTERNET Khái quát mạng máy tính 1.1.1 Lịch sử mạng máy tính 1.1.2 Khái niệm mạng máy tính 1.1.3 Các thành phần mạng máy tính 10 1.1.4 Mục tiêu mạng máy tính 10 1.1.4.1 Mục tiêu kết nối mạng máy tính 10 1.1.4.2 Lợi ích kết nối mạng 10 1.1.5 Phân loại mạng máy tính 11 1.1.5.1 Phân loại theo khoảng cách địa lý 11 1.1.5.2 Phân loại mạng theo kỹ thuật chuyển mạch 13 1.1.5.4 Phân loại mạng theo kiến trúc mạng (Topology) 16 1.2 Các loại mơ hình mạng 19 1.2.1 Các mơ hình xử lý mạng 19 1.2.1.1 Mơ hình xử lý mạng tập trung 19 1.2.1.2 Mơ hình xử lý mạng phân phối 20 1.2.1.3 Mơ hình xử lý mạng cộng tác 20 1.2.2 Các mơ hình quản lý mạng 21 1.2.2.1 Mơ hình Workgroup 21 1.2.2.2 Mơ hình Domain 21 1.2.3 Các mơ hình điều hành mạng 21 1.2.3.1 Mạng ngang hàng (Peer to Peer Network) 21 1.2.3.2 Mơ hình mạng khách chủ (Client- Server Network) 22 1.3 Mạng cục bộ- LAN (Local Area Network) 23 1.3.1 Đặc trưng mạng cục LAN 23 1.3.1.1 Đặc trưng địa lý 23 1.3.1.2 Đặc trưng tốc độ truyền 24 1.3.1.3 Đặc trưng độ tin cậy 24 1.3.1.4 Đặc trưng quản lý 24 1.3.1.5 Đặc trưng cấu trúc 24 1.3.2 Các phương pháp truy nhập đường truyền vật lý 24 1.3.2.1 Phương thức đa truy nhập sử dụng sóng mang có phát xung đột CSMA/CD 25 1.3.2.2 Phương pháp Token Bus ( dùng thẻ mạng tuyến tính) 26 1.3.2.3 Phương pháp Token Ring (dùng thẻ mạng hình vịng) 27 1.3.2.4 Cơ chế đa truy nhập tránh xung đột CSMA/CA 29 1.4 Mạng Internet 29 1.4.1 Lịch sử đời 29 1.4.2 Cấu trúc mạng Internet 30 1.4.3 Các tiêu chuẩn kết nối thiết bị 31 1.4.4 Các tiêu chuẩn nhận dạng thiết bị mạng 32 1.4.5 Tên miền địa IP 32 1.4.6 Chu trình chuyển giao thông tin mạng Internet 33 1.4.6.1 Kết nối vào mạng Internet 33 1.4.6.2 Kết nối tới trang Web 34 1.5 Mạng riêng ảo VPN (Virtual Private Network) 35 1.5.1 Khái niệm mạng riêng ảo 35 1.5.2 Cấu trúc mạng riêng ảo 36 1.5.3 Phân loại mạng riêng ảo VPN 38 1.5.3.1 Mạng riêng ảo truy cập (Remote Access VPNs) 38 1.5.3.2 Mạng riêng ảo VPN nội (Intranet VPNs) 41 1.5.3.3 Mạng riêng ảo VPN mở rộng (Extranet VPNs) 42 CHƯƠNG 2.1 MƠ HÌNH THAM CHIẾU OSI 45 Khái niệm giao thức mạng máy tính (Protocol) 45 2.1.1 Khái niệm 45 2.1.2 Chức giao thức 45 2.2 Mơ hình kiến trúc đa tầng 47 2.2.1 Các quy tắc phân tầng 47 2.2.2 Lưu chuyển thông tin kiến trúc đa tầng 49 2.2.3 Nguyên tắc truyền thông đồng tầng 49 2.2.4 Giao diện tầng, quan hệ tầng kề dịch vụ 50 2.2.5 Dịch vụ chất lượng dịch vụ 51 2.3 Mơ hình tham chiếu OSI (Open System Interconnection) 53 2.3.1 Giới thiệu kiến trúc mơ hình tham chiếu OSI 53 2.3.2 Sự ghép nối mức 54 2.3.3 Vai trò chức tầng mơ hình OSI 55 2.3.3.1 Tầng ứng dụng (Application Layer) 55 2.3.3.2 Tầng trình bày (Presentation Layer) 55 2.3.3.3 Tầng phiên (Session Layer) 55 2.3.3.4 Tầng vận chuyển (Transport Layer) 56 2.3.3.5 Tầng mạng (Network Layer) 56 2.3.3.6 Tầng liên kết liệu (Data link Layer) 56 2.3.3.7 Tầng vật lý (Physical layer) 57 2.4 Q trình xử lý vận chuyển gói liệu mơ hình OSI 58 2.4.1 Q trình đóng gói liệu máy gửi 58 2.4.2 Quá trình truyền liệu từ máy gửi đến máy nhận 59 2.4.3 Q trình xử lý gói tin máy nhận 60 CHƯƠNG 3.1 MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN VÀ THIẾT BỊ MẠNG 62 Môi trường truyền dẫn 62 3.1.1 Khái niệm môi trường truyền dẫn 62 3.1.2 Tần số truyền thông 62 3.1.3 Các đặc tính phương tiện truyền dẫn 62 3.1.4 Các phương thức truyền dẫn 63 3.2 Các loại cáp truyền dẫn 64 3.2.1 Cáp đồng trục 64 3.2.2 Cáp xoắn đôi 66 3.2.2.1 Cáp xoắn đơi có vỏ bọc chống nhiễu STP 66 3.2.2.2 Cáp xoắn đơi khơng có vỏ bọc chống nhiễu UTP 67 3.2.3 Cáp quang (Fiber-optic cable) 67 3.2.3.1 Phân loại cáp quang 68 3.2.3.2 Ưu điểm cáp quang 70 3.3 Đường truyền vô tuyến 70 3.3.1 Sóng vơ tuyến (Radio) 71 3.3.2 Sóng Viba 72 3.3.3 Hồng ngoại 72 3.4 Các loại thiết bị mạng thông dụng 73 3.4.1 Card mạng (NIC hay Adapter) 73 3.4.2 Modem (Bộ điều chế giải điều chế) 74 3.4.3 Repeater (Bộ khuếch đại tín hiệu) 75 3.4.4 Hub 75 3.4.5 Bridge (Cầu nối) 76 3.4.6 Switch (bộ chia) 77 3.4.7 Wireless Access Point 78 3.4.8 Router (Bộ định tuyến) 78 3.4.9 Gateway- Proxy 80 CHƯƠNG 4.1 HỌ GIAO THỨC TCP/IP 82 Mơ hình TCP/IP 82 4.1.1 Mơ hình kiến trúc TCP/IP 83 4.1.2 Vai trò chức tầng mơ hình TCP/IP 83 4.1.2.1 Tầng truy cập mạng (Network Access Layer) 83 4.1.2.2 Tầng mạng (Internet Layer) 84 4.1.2.3 Tầng vận chuyển (Transport Layer) 85 4.1.2.4 Tầng ứng dụng (Applycation Layer) 85 4.1.3 Q trình đóng gói liệu 85 4.1.4 Quá trình phân mảnh liệu 86 4.2 Một số giao thức giao thức TCP/IP 86 4.2.1 Giao thức điều khiển truyền TCP (Transmission Control Protocol) 86 4.2.1.1 Giới thiệu 86 4.2.1.2 Hoạt động giao thức TCP 87 4.2.1.3 Điều khiển lưu lượng TCP 90 4.2.1.4 Cấu trúc gói liệu TCP 90 4.2.2 Giao thức gói tin người dùng UDP (User Datagram Protocol) 92 4.2.2.1 Giới thiệu giao thức UDP 92 4.2.2.2 Cấu trúc gói tin UDP 92 4.2.3 Giao thức liên mạng IP 93 4.2.3.1 Chức giao thức IP 93 4.2.3.2 Cấu trúc gói liệu IP 93 4.2.3.3 Phân mảnh hợp gói tin IP 94 4.2.4 Các giao thức phân giải địa 95 4.2.4.1 Giao thức phân giải địa ARP 95 4.2.4.2 Giao thức phân giải địa ngược RARP 97 4.2.5 4.3 Giao thức thông báo điều khiển mạng ICMP 97 Địa IPv4 98 4.3.1 Tổng quan địa IPv4 98 4.3.2 Các lớp địa IPv4 100 4.3.3 Các loại địa IPv4 101 4.3.3.1 Địa IP Public 101 4.3.3.2 Địa IP Private 102 4.3.3.3 Subnet Mask 103 4.3.4 Phân chia mạng 104 4.3.4.1 Giới thiệu tạo mạng 104 4.3.4.2 Phương pháp chia mạng 106 4.3.4.3 Các dạng tập chia mạng 107 4.3.4.4 Chia Subnet theo phương pháp VLSM 109 CHƯƠNG 5.1 CƠ SỞ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN 116 Các khái niệm định tuyến 116 5.1.1 Khái niệm định tuyến, bảng định tuyến 116 5.1.1.1 Định tuyến: 116 5.1.1.2 Bảng định tuyến (routing table) 116 5.1.1.3 Metric 117 5.1.2 Giao thức định tuyến giao thức định tuyến 117 5.1.2.1 Giao thức định tuyến: 117 5.1.2.2 Giao thức định tuyến: 118 5.1.3 5.2 Khoảng cách địa lý (Administrative Distance (AD)) 118 Các thuật toán định tuyến 119 5.2.1 Thuật toán tìm đường ngắn 119 5.2.1.1 Thuật toán Bellman- Ford 119 5.2.1.2 Thuật toán Dijkstra 121 5.2.2 Thuật toán định tuyến Vector khoảng cách 122 5.2.2.1 Giới thiệu thuật toán vector khoảng cách 122 5.2.2.2 Hoạt động giao thức sử dụng thuật toán vector khoảng cách 124 5.2.3 Thuật toán trạng thái đường liên kết 125 5.2.3.1 Giới thiệu thuật toán 125 5.2.3.2 Hoạt động giao thức sử dụng thuật toán trạng thái đường liên kết 125 5.2.4 So sánh hai thuật toán định tuyến 127 5.2.4.1 Thuật toán Vector khoảng cách 127 5.2.4.2 Thuật toán trạng thái đường liên kết 127 5.3 Một số giao thức định tuyến thông dụng 128 5.3.1 Giao thức RIP (Routing Information Protocol) 128 5.3.1.1 Giới thiệu 128 5.3.1.2 Các giá trị thời gian 128 5.3.1.3 Hoạt động giao thức RIP 128 5.3.1.4 Cấu trúc gói tin RIP 129 5.3.2 Giao thức IGRP (Interior Gateway Routing Protocol) 130 5.3.2.1 Giới thiệu 130 5.3.2.2 Các giá trị thời gian 130 5.3.2.3 Hoạt động giao thức IGRP 130 5.3.2.4 Cấu trúc gói tin IGRP 131 5.3.3 Giao thức OSPF (Open Short Path First) 132 5.3.3.1 Giới thiệu 132 5.3.3.2 Hoạt động OSPF 132 5.3.3.3 Phân vùng OSPF 134 5.3.3.4 Định dạng gói tin OSPF 135 CHƯƠNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH VÀ INTERNET Khái qt mạng máy tính 1.1.1 Lịch sử mạng máy tính Từ đầu năm 60 xuất mạng xử lý trạm cuối (terminal) thụ động nối vào máy xử lý trung tâm Vì máy xử lý trung tâm làm tất việc: quản lý thủ tục truyền liệu, quản lý đồng trạm cuối v.v…, trạm cuối thực chức nhập xuất liệu mà không thực chức xử lý nên hệ thống chưa coi mạng máy tính Giữa năm 1968, Cục dự án nghiên cứu tiên tiến (ARPA – Advanced Research Projects Agency) Bộ Quốc phòng Mỹ xây dựng dự án nối kết máy tính trung tâm nghiên cứu lớn toàn liên bang, mở đầu Viện nghiên cứu Standford trường đại học (Đại học California Los Angeless, Đại học California Santa Barbara Đại học Utah) Mùa thu năm 1969, trạm kết nối thành công, đánh dấu đời ARPANET Giao thức truyền thông dùng ARPANET lúc đặt tên NCP (Network Control Protocol) Giữa năm 1970, họ giao thức TCP/IP Vint Cerf Robert Kahn phát triển tồn với NCP, đến năm 1983 hồn tồn thay NCP ARPANET Trong năm 70, số lượng mạng máy tính thuộc quốc gia khác tăng lên, với kiến trúc mạng khác (bao gồm phần cứng lẫn giao thức truyền thơng), từ dẫn đến tình trạng khơng tương thích mạng, gây khó khăn cho người sử dụng Trước tình hình đó, vào năm 1984 Tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế ISO cho đời Mơ hình tham chiếu cho việc kết nối hệ thống mở (Reference Model for Open Systems Interconnection - gọi tắt mơ hình OSI) Với đời OSI xuất máy tính cá nhân, số lượng mạng máy tính tính tồn giới tăng lên nhanh chóng Đã xuất khái niệm loại mạng LAN, MAN Tới tháng 11/1986 có tới 5089 máy tính nối vào ARPANET, xuất thuật ngữ “Internet” Năm 1987, mạng xương sống (backborne) NSFnet (National Science Foundation network) đời với tốc độ đường truyền nhanh (1,5 Mb/s thay 56Kb/s ARPANET) thúc đẩy tăng trưởng Internet Mạng Internet dựa NSFnet vượt qua biên giới Mỹ Đến năm 1990, trình chuyển đổi sang Internet - dựa NSFnet kết thúc NSFnet mạng xương sống thành viên mạng Internet tồn cầu Như nói lịch sử phát triển Internet lịch sử phát triển mạng máy tính 1.1.2 Khái niệm mạng máy tính Mạng máy tính tập hợp máy tính đơn lẻ kết nối với phương tiện truyền vật lý (Tranmission Medium) theo kiến trúc mạng xác định (Network Architecture) Hình 1.1 Mơ hình mạng máy tính Kiến trúc mạng bao gồm cấu trúc mạng (Topology) giao thức mạng (Protocol) Topology cấu trúc hình học thực thể mạng giao thức mạng tập hợp quy tắc chuẩn mà thực thể hoạt động truyền thông phải tuân theo 1.1.3 Các thành phần mạng máy tính Thiết bị đầu cuối: thiết bị mà người sử dụng thao tác trực tiếp để tiến hành giao tiếp với mạng, ví dụ: Máy tính, Laptop, ĐTDĐ, Camera… Thiết bị mạng: để hệ thống mạng hoạt động trơn tru, hiệu khả kết nối tới hệ thống khác đòi hỏi phải sử dụng thiết bị mạng chuyên dụng Những thiết bị đa dạng phong phú chủng loại dựa thiết bị Repeater, Hub, Switch, Router Gateway Giao thức mạng: tập hợp quy tắc chuẩn mà thực thể hoạt động truyền thông phải tuân theo 1.1.4 Mục tiêu mạng máy tính 1.1.4.1 Mục tiêu kết nối mạng máy tính - Cùng chia sẻ tài nguyên chung, người sử dụng có quyền khai thác sử dụng tài nguyên mạng mà không phụ thuộc vào vị trí địa lý - Nâng cao độ tin cậy hệ thống nhờ khả thay số thành phần mạng xảy cố kỹ thuật trì hoạt động bình thường hệ thống - Tạo mơi trường giao tiếp người với người Chinh phục khoảng cách, người trao đổi, thảo luận với cách xa hàng nghìn km 1.1.4.2 Lợi ích kết nối mạng - Có thể giảm số lượng máy in, đĩa cứng thiết bị khác Kinh tế việc đầu tư xây dựng cho hệ thống tin học quan, xí nghiệp, trường học… - Dùng chung tài nguyên đắt tiền máy in, phần mêm… Tránh dư thừa liệu, tài nguyên mạng Có khả tổ chức triển khai đề án lớn thuận lợi dễ dàng - Đảm bảo tiêu chuẩn thống tính bảo mật, an toàn liệu nhiều người sử dụng thiết bị đầu cuối khác làm việc hệ sở liệu Tóm lại, mục tiêu kết nối máy tính thành mạng cung cấp dịch vụ đa dạng, chia sẻ tài nguyên chung giảm bớt chi phí đầu tư trang tiết bị 10 Dùng thuật toán Dijkstra ta có bảng phân tích sau: Lặp T D(v), T(v) D(x), T(x) D(w),T(w) D(y), T(y) D(z), T(z) Khởi tạo vxwyz 2,u 1,u 5,u ∞,u ∞,u K=1 vwyz 2,u 4,x 2,x ∞,u K=2 wyz 3,y 2,x 8,w K=3 wz 3,y K=4 z K=5 Rỗng 4,y 4,y Ta có bảng định tuyến cho Router nút u: 5.2.2 Network Next hop Cost v v x x w x y x z x Thuật toán định tuyến Vector khoảng cách (Distance- Vector Routing Protocol) 5.2.2.1 Giới thiệu thuật toán vector khoảng cách Thuật ngữ Distance Vector gồm phần: Distance Vector Trong đó: - Distance khoảng cách (metric) để đến đích - Vector hướng để đến đích, xác định next-hop tuyến đường Với thuật toán Distance Vector, Router cần biết yếu tố chọn đường: chọn theo hướng nào, khoảng cách tới đích Thuật toán hoạt động với hành động đơn giản Khi node khởi động lần đầu, biết node kề trực tiếp với nó, chi phí trực tiếp để đến (thơng tin này, danh sách đích, tổng chi phí node, bước để gửi liệu đến tạo nên bảng định tuyến, hay bảng khoảng cách) Mỗi node, tiến 122 trình, gửi đến "hàng xóm" tổng chi phí để đến đích mà biết Các node "hàng xóm" phân tích thơng tin này, so sánh với thơng tin mà chúng "biết"; điều cải thiện thơng tin chúng có đưa vào bảng định tuyến "hàng xóm" Đến kết thúc, tất node mạng tìm bước truyền tối ưu đến tất đích, tổng chi phí tốt Khi node gặp vấn đề, node khác có sử dụng node hỏng lộ trình loại bỏ lộ trình đó, tạo nên thông tin bảng định tuyến Sau chúng chuyển thơng tin đến tất node gần kề lặp lại trình Cuối cùng, tất node mạng nhận thông tin cập nhật, sau tìm đường đến tất đích mà chúng cịn tới Ta xét ví dụ: Cho mơ hình mạng gồm Router hình dưới, yêu cầu Router R1 định tuyến đến mạng X Router R8 Hình 5.1 Ví dụ thuật tốn vector khoảng cách Trong ví dụ trên, tất Router R1 biết mạng X Vector với: Hướng Vector next hop, chiều dài vector khoảng cách metric Thuật toán định tuyến Distance Vector nhằm chọn tuyến đường tốt đến đích dựa thuật tốn tìm đường ngắn từ đỉnh tới tất đỉnh đồ thị Bellman - Ford 123 5.2.2.2 Hoạt động giao thức sử dụng thuật toán vector khoảng cách Các giao thức sử dụng Distance Vector gửi cập nhật định tuyến theo chu kỳ cấu trúc mạng có thay đổi Đối với định tuyến theo vectơ khoảng cách Router gửi tồn bảng định tuyến cho Router kết nối trực tiếp với Bảng định tuyến bao gồm thơng tin đường tới mạng đích như: khoảng cách tới mạng đích (metric), địa trạm đường (nexthop) Khi tất Router cập nhật đầy đủ thông tin tuyến đường tới mạng đích ta nói mạng hội tụ Ưu điểm: Nói chung, giao thức định tuyến sử dụng thuật toán Vector khoảng cách giao thức định tuyến đơn giản Các giao thức định tuyến cấu hình dễ dàng, dễ trì dễ sử dụng Do chúng chứng minh tính hữu dụng mạng nhỏ, mạng mà có vài đường dẫn Nhược điểm: Trong số trường hợp cụ thể, định tuyến Vector khoảng cách thực gây số vấn đề ảnh hưởng tới việc định tuyến giao thức định tuyến sử dụng kỹ thuật Đó cố đường truyền hay thay đổi khác mạng, làm cho định tuyến cần khoảng thời gian để hội tụ, tức chúng nhận thay đổi trạng thái mạng học cấu trúc mạng Trong q trình mạng hội tụ, mạng gặp cố gặp phải định tuyến mâu thuẫn (các lần định tuyến trước sau khơng thống nhất) gặp lỗi lặp vô hạn (Infinite Loops) Sự hoạt động trì mạng gặp rủi ro suốt trình hội tụ Do giao thức định tuyến Vector khoảng cách kiểu cũ tỏ chậm chạp q trình hội tụ mạng khơng thích hợp với mạng lớn, liên mạng phức tạp mạng WAN (Wide Area Network) Trong mạng nhỏ hơn, giao thức định tuyến kỹ thuật Vector khoảng cách dạng giao thức định tuyến gây vấn đề cho hệ thống mạng nhất, dạng giao thức định tuyến tốt 124 5.2.3 Thuật toán trạng thái đường liên kết 5.2.3.1 Giới thiệu thuật toán Thuật toán định tuyến theo trạng thái đường liên kết thu thập thông tin đường từ tất Router khác hệ thống mạng hay vùng xác định Khi tất thông tin thu thập đầy đủ sau Router tự tính tốn để chọn đường tốt cho đến mạng đích hệ thống Mỗi Router mạng có chung sở liệu trạng thái mạng (topo mạng) Các giao thức định tuyến dùng thuật toán trạng thái đường liên kết: - Đáp ứng nhanh theo thay đổi hệ thống: thông tin cập nhật gửi có thay đổi mạng khơng cập nhật định kỳ giao thức dùng thuật toán Distance vector - Sử dụng gói tin Hello để xác định trì kết nối đến router hàng xóm Gói tin hello mang thơng tin mạng kết nối trực tiếp vào Router - Sử dụng gói tin LSA mang thơng tin cập nhật trạng thái đường liên kết Router khác mạng 5.2.3.2 Hoạt động giao thức sử dụng thuật tốn trạng thái đường liên kết - Sử dụng thơng tin từ gói tin Hello LSA nhận từ Router hàng xóm để xây dựng sở liệu cấu trúc hệ thống mạng - Sử dụng thuật tốn SPF (Dijkstra) để tìm đường ngắn đến mạng - Lưu kết chọn đường bảng định tuyến Khác với giao thức định tuyến véc tơ khoảng cách trao đổi thông tin định tuyến với Router kết nối trực tiếp với mình, giao thức định tuyến trạng thái đường kết nối thực trao đổi thông tin định tuyến với tất Router khác vùng rộng lớn Khi có cố xảy mạng, giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết phát gói tin LSA tồn vùng địa Multicast đặc biệt 224.0.0.5 Tiến trình thực gửi thông tin tất cổng, trừ cổng nhận thông tin Mỗi Router nhận LSA, cập nhật thông tin vào CSDL 125 cấu trúc hệ thống mạng Sau chuyển tiếp LSA tới tất router hàng xóm khác Nhờ mà Router cập nhật đƣợc thông tin thay đổi Một kết nối tương ứng với cổng Router Thông tin trạng thái liên kết bao gồm : thông tin cổng Router mối quan hệ với Router hàng xóm cổng Ví dụ như: thơng tin cổng Router bao gồm : địa IP, subnet mask, loại mạng kết nối vào cổng Tập hợp tất thông tin lưu lại thành sở liệu trạng thái đường liên kết hay gọi sở liệu cấu trúc hệ thống mạng (Link State database - LSDB) Cơ sở liệu sử dụng để tính tốn đường tối ưu Router áp dụng thuật toán chọn đường ngắn Dijkstra vào LSBD, từ xây dựng nên SPF (Short path first) với thân Router nút gốc Từ SPF này, Router chọn đường ngắn đến mạng đích Kết chọn đường đặt vào bảng định tuyến Router Ưu điểm: - Sử dụng chi phí làm thơng số định tuyến để chọn đường mạng Thông số chi phí phản ánh dung lượng đường truyền - Thực cập nhật có kiện xảy ra, phát LSA cho Router hệ thống mạng Điều giúp cho thời gian hội tụ mạng nhanh - Mỗi router có sơ đồ đầy đủ đồng toàn cấu trúc hệ thống mạng Do chúng khó bị vịng lặp - Router sử dụng thơng tin để định chọn đường - Các giao thức định tuyến trạng thái đường liên kết có hỗ trợ chia mạng phân vùng Nhược điểm: - Chúng địi hỏi Router phải có nhiều dung lượng nhớ lực xử lý cao so với giao thức định tuyến theo véc tơ khoảng cách - Địi hỏi hệ thống mạng thiết kế theo mơ hình phân cấp, hệ thống mạng chia nhiều vùng nhỏ để làm giảm bớt độ lớn độ phức tạp sở liệu cấu trúc hệ thống mạng - Trong suốt trình khởi động, Router thu thập thông tin cấu trúc hệ 126 thống mạng để xây dựng LSDB, chúng phát gói LSA tồn mạng Tiến trình chiếm dụng nhiều dung lượng đường truyền 5.2.4 So sánh hai thuật toán định tuyến 5.2.4.1 Thuật toán Vector khoảng cách - Các Router định tuyến theo Véc tơ khoảng cách thực gửi tồn bảng định tuyến gửi cho Router kết nối trực tiếp Như biết, thông tin bảng định tuyến ngắn gọn, cho biết tương ứng với mạng đích cổng Router, Router có địa Ip gì, metric đường Do đó, Router định tuyến theo véc tơ khoảng cách đường cách cụ thể, Router trung gian đường cấu trúc kết nối chúng - Các Router chọn đường dựa dựa kết Router hàng xóm Mỗi Router nhìn hệ thống mạng theo chi phối Router hàng xóm - Cập nhật thơng tin định tuyến theo chu kỳ nên tiêu tốn nhiều băng thông Khi có thay đổi xảy ra, Router nhận biết thay đổi cập nhật bảng định tuyến trước chuyển bảng định tuyến cập nhật cho Router hàng xóm Router hàng xóm nhận thông tin này, cập nhật bảng định tuyến lại gửi cho Router Quá trình tiếp tục cho tồn Router hệ thống Do thời gian hội tụ chậm - Các giao thức định tuyến theo véc tơ khoảng cách dẽ bị lặp vịng - Các giao thức khơng địi hỏi nhớ lớn, dễ cấu hình quản trị, áp dụng cho hệ thống nhỏ, phức tạp 5.2.4.2 Thuật toán trạng thái đường liên kết - Các Router định tuyến theo trạng thái đường liên kết thực gửi thông tin định tuyến cho tất Router khác hệ thống địa Multicast Kết Router có đầy đủ thơng tin để xây dựng lên LSDB Mỗi Router có nhìn đầy đủ cụ thể cấu trúc hệ thống mạng Thông tin định tuyến trạng thái đường liên kết Router - Các cập nhật định tuyến thực có thay đổi cấu trúc mạng 127 không cập nhật định kỳ định tuyến véc tơ khoảng cách Vì tiêu tốn băng thơng Thơng tin cập nhật gửi tồn hệ thống Do thời gian hội tụ nhanh - Các giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết tránh lặp vịng - Các giao thức địi hỏi Router có nhớ lớn, tốc độ cao; phức tạp nên khó cấu hình quản trị; thường áp dụng cho hệ thống lớn, phức tạp 5.3 Một số giao thức định tuyến thông dụng 5.3.1 Giao thức RIP (Routing Information Protocol) 5.3.1.1 Giới thiệu RIP giao thức định tuyến véc tơ khoảng cách RIP gửi toàn bảng định tuyến tất cổng hoạt động đặn theo chu kỳ 30 giây RIP sử dụng Metric hop count để tính tuyến đường tốt đến đích Thuật tốn mà RIP sử dụng để xây dựng nên bảng định tuyến Bellman-Ford RIP phát triển vào năm 1970 Xerox Năm 1988 cơng bố thức RFC 1058 5.3.1.2 Các giá trị thời gian - Update time: 30 giây - Invalid time: 180 giây - Holddown time: 180 giây - Flush time: 240 giây 5.3.1.3 Hoạt động giao thức RIP Tất gói tin RIP đóng gói vào UDP segment với hai trường source destination Port 520 RIP định nghĩa hai loại tin là: - Request message: sử dụng để gửi yêu cầu tới router hàng xóm để gửi update - Reponse message: mang thông tin update a Khởi động RIP Router gửi broadcast tin Request tất cổng hoạt động, sau đợi 128 Reponse message từ router hàng xóm Các router hàng xóm nhận Request message gửi Response message chứa toàn bảng định tuyến b Xử lý thông tin update Router Sau xây dựng xong bảng định tuyến lúc khởi động Khi router nhận thông tin update tuyến đường tới mạng đó, tuyến đường tồn bảng định tuyến, tuyến đường tồn bị thay tuyến đường có hop count nhỏ bỏ qua tuyến đường có hop count lớn 5.3.1.4 Cấu trúc gói tin RIP Hình 5.2 Cấu trúc gói tin RIP Gói tin RIP mơ tả hình Mỗi gói tin RIP bao gồm trường command, version chứa tối đa 25 tuyến đường (route entries) Mỗi tuyến đươgng bao gồm trường: address family indentifier, ip address, metric (hopcount) Các trường cụ thể tin RIP: - Trường command gồm bít: trường có giá trị gói tin Request message, có giá trị Response message - Trường version gồm bít: có giá trị Rip V1, - Trường Family address 16 bít: có giá trị routed protocol sử dụng IP 129 - Trường IP address gồm 32 bít: địa đich tuyến đường - Trường metric gồm 32 bít: hop count tuyến đường Như vậy: - Kích thước phần header RIP: 32 bít - Kích thước Route: 5*32=160 bít - Kích thước header UDP 64 bít - Kích thước tối đa gói tin : 32+20*160+64=3296 bit = 412byte 5.3.2 Giao thức IGRP (Interior Gateway Routing Protocol) 5.3.2.1 Giới thiệu IGRP giao thức định tuyến véc tơ khoảng cách độc quyền phát triển Cisco IGRP có chu kỳ update 90 giây, metric tổ hợp yếu tố: Bandwith, Delay, Load, Reliability, Maximum transfer unit (MTU); mặc định Bandwidth delay IGRP khơng sử dụng hopcount metric mình, nhiên theo dõi hopcount Kích thước mạng cài đặt IRGP lên tới 255 hop 5.3.2.2 Các giá trị thời gian - Update time: 90 giây - Invalid time: 270 giây - Holddown time: 280 giây - Flush timer: 630 giây Mỗi lần tuyến đường cập nhật thơng số khởi động lại 5.3.2.3 Hoạt động giao thức IGRP IGRP gửi broadcast Request packet tới tất Router kết nối trực tiếp với khởi động cập nhật thơng tin mà nhận Nếu RIP dùng port 520 giao thức UDP để trao đổi thơng tin định tuyến IGRP làm điều trực tiếp gói tin IP với trường Protocol IGRP sử dụng loại tuyến đường sau thông tin cập nhật: - Đường nội (Interior route): đường nối trực tiếp với Router 130 - Đường hệ thống (System route): đường mạng AS Router học đường hệ thống cách nhận biết mạng nối trực tiếp vào học từ thơng tin cập nhật từ router IGRP khác - Đường ngoại vi (Exterior route): đường ngồi AS Thơng thường Gateway Router để ngồi 5.3.2.4 Cấu trúc gói tin IGRP Hình 5.3 Cấu trúc gói tin IGRP Gói tin IGRP update mang nhiều thơng tin so với RIP Mỗi gói tin chứa tối đa 104 tuyến đường - Kích thước tuyến đường 14 byte - Kích thước Header IGRP update 12 byte - Kích thước tối đa IGRP packet 12+104*14=1468 byte Các trường gói tin có ý nghĩa sau: - Version: ln có giá trị - Opcode: cho IGRP request packet có giá trị cho IGRP update packet - Edittion: giá trị đƣợc tăng lên nơi gửi có thay đổi thông tin định tuyến Giá trị giúp cho Router tránh update nhầm thông tin 131 update cũ sau nhận thông tin update - Autonomous System Number: ID number IGRP process - Number of interior Routes: Số tuyến đƣờng kết nối trực tiếp - Number of System Route: Số tuyến đường học Router biên - Number of Exterior Route: Số tuyến đường học default route - Checksum: tính IGRP header tất mục nhập - Destination: địa mạng đích - Tiếp theo trường: Bandwith, Delay, MTU, Load, Reliability dùng để tính metric 5.3.3 Hopcount: Cho biết số hop tuyến đường đến đích: giá trị từ - 255 Giao thức OSPF (Open Short Path First) 5.3.3.1 Giới thiệu Open Shortest Path First (OSPF) phát triển IETF thay hạn chế RIP OSPF giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết, sử dụng thuật toán Dijkstra để xây dựng bảng định tuyến Cũng giống giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết khác, OSPF có ưu điểm hội tụ nhanh, hỗ trợ mạng có kích thước lớn khơng xảy vịng lặp định tuyến Bên cạnh OSPF cịn có đặc trưng sau: - OSPF chia AS thành nhiều vùng (Area) khác để giảm lưu lượng định tuyến, dễ quản trị - Là giao thức hỗ trợ chia mạng - Sử dụng DR BDR để gửi thông tin định tuyến 5.3.3.2 Hoạt động OSPF Hoạt động OSPF gồm ba hoạt động chính: tìm kiếm xác lập mối quan hệ với Router hàng xóm; trao đổi sở liệu (LSDB exchange); sử dụng thuật tốn Dijkstra để tính tốn đường tốt đặt vào bảng định tuyến 132 a Tìm kiếm lập mối quan hệ với Router hàng xóm Khi khởi động Router OSPF gửi gói tin Hello multicast đến cổng hoạt động chờ để nhận gói tin Hello từ Router kết nối với cổng Các Router học nhiều thông tin quan trọng từ gói tin Hello nhận Thơng điệp chức RID Router gửi, AreaID- mã vùng, Hello Interval- khoảng thời gian phát gói tin Hello, độ ưu tiên, RID DR BDR, danh sách lân cận mà router gửi biết mạng b Trao đổi sở liệu (LSDB) Các Router OSPF trao đổi nội dung LSDB với Router hàng xóm để hai có xác LSDB Các bước tiến hành sau: - Bước 1: Dựa loại giao tiếp OSPE, Router bầu khơng bầu chọn DR BDR Việc xác định có sử dụng hay không sử dụng DR BDR dựa loại giao tiếp OSPF Có nhiều loại giao tiếp OSPF, quan tâm tới loại: điểm - điểm quảng bá Khi khơng có DR, Router bắt đầu ngày tiến trình trao đổi LSDB - Bước 2: Mỗi cặp Router hàng xóm tin cậy trao đổi lẫn nội dung LSDB mà có Sau hai Router định trao đổi thông tin, chúng khơng đơn giản gửi nội dung tồn thể CSDL Trước tiên chúng báo cho danh sách LSA CSDL riêng - khơng phải tất chi tiết LSA, danh sách Mỗi Router sau so sánh danh sách Router khác với LSDB Với LSA mà Router khơng có đó, Router u cầu lân cận cung cấp cho LSA đó, router hàng xóm gửi LSA đầy đủ cho Router Khi hai Router hồn tất tiến trình này, chúng xem hồn tất đầy đủ tiến trình trao đổi CSDL Vì OSPF sử dụng trạng thái lân cận đầy đủ để diễn đạt tiến trình trao đổi CSDL kết thúc - Bước 3: Khi hoàn tất, Router giám sát thay đổi gửi lại LSA Chúng tiếp tục gửi Hello theo chu kỳ Số lượng Hello vắng mặt thời gian với chu kỳ Dead nghĩa kết nối đến router hàng xóm bị lỗi Tương tự, sơ đồ thay 133 đổi xảy ra, lân cận gửi LSA thay đổi đến Router hàng xóm để Router hàng xóm thay đổi LSDB nó, đến lượt lân cận khác, hồn tất Router có giống LSDB Mỗi Router sau sử dụng SPF để tính tốn lại đường bị ảnh hưởng mạng lỗi Router tạo LSA đảm nhận việc gửi lại LSA 30 phút, dù khơng có thay đổi xảy Tiến trình khác so với khái niệm chu kỳ Distance Vecto Giao thức Distace Vecto gửi cập nhật đầy đủ chu kỳ ngắn hơn, liệt kê tất đường OSPF không gửi tất đường 30 phút Thay vào đó, LSA có định thời riêng, dựa LSA tạo ra.Vì thế, khơng có thời điểm mà OSPF gửi nhiều thông điệp để gửi lại tất LSA Thay vào đó, LSA gửi Router tạo LSA đó, 30 phút lần 5.3.3.3 Phân vùng OSPF Với hệ thống có nhiều Router, thời gian xử lý yêu cầu để thực SPF làm cho thời gian hội tụ chậm, Router tốn nhiều nhớ: - Một CSDL lớn cần nhiều nhớ Router - Xử lý CSDL lơn với giải thuật SPF yêu cầu xử lý nhiều - Một giao tiếp thay đổi khiến cho Router phải chạy SPF lại Để giải vấn đề này, OSPF chia AS thành nhiều vùng khác nhau: Area 0, Area 1… Router vùng gửi cập nhật cho router vùng 134 Router kết nối vùng Area0 Area1 đƣợc gọi OSPE Area Border Router Nó khơng quảng bá thông tin đầy đủ phần Area0 sang Router 1,2,4 Thay vào đó, quảng bá thơng tin tóm lược mạng Area0 Lợi ích việc thiết kế vùng OSPF - LSBD cho vùng nhỏ hơn, yêu cầu nhớ - Router yêu cầu CPU để xử lý LSDB nhỏ với giải thuật SPF, giảm thiểu tiêu tốn CPU cải tiến thời gian hội tụ - Giải thuật SPF phải chạy router vùng LSA bên vùng thay đổi, Router phải chạy SPF - Ít thơng tin quảng bá vùng, giảm thiểu băng thông yêu cầu để gửi LSA 5.3.3.4 Định dạng gói tin OSPF OSPF packet đóng gói IP packet tương ứng với trường Protocol number 89 Kích thước tối đa OSPF packet 1500 byte OSPF packet header giống loại OSPF packet khác OSPF packet data biến đổi tuỳ theo loại OSPF packet Các loại tin OSPF packet: + Bản tin Hello: Các gói tin Hello sử dụng để thiết lập trì mối quan hệ thân mật (Adjaciency) định tuyến cấu hình chạy định tuyến OSPF mạng + Bản tin Database Description (DBD): Các gói tin DBD chứa danh sách tóm tắt sở liệu trạng thái kết nối định tuyến gói tin OSPF gửi Và chúng sử dụng định tuyến nhận gói tin OSPF để kiểm tra sở liệu trạng thái liên kết mạng nội xung quanh Bản tin DBD sử dụng để kiểm tra tính đồng sở liệu định tuyến + Bản tin Link-State Request (LSR): Các định tuyến sau nhận tin OSPF yêu cầu định tuyến gửi cung cấp thêm thông tin mục 135 có tin DBD việc gửi tin LSR Bản tin thực chất tin yêu cầu việc truyền tải thông tin chi tiết trạng thái liên kết định tuyến + Bản tin Link-State Update (LSU): Các gói tin LSU sử dụng để trả lời gói tin LSR u cầu trước để cập nhật thơng tin trạng thái mạng + Bản tin Link-State Acknowledgement (LSAsk):Các gói tin LSAsk sử dụng để gửi xác nhận nhận gói tin LSU từ định tuyến nhận đến định tuyến gửi 136 ... TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH VÀ INTERNET Khái quát mạng máy tính 1.1.1 Lịch sử mạng máy tính Từ đầu năm 60 xuất mạng xử lý trạm cuối (terminal) thụ động nối vào máy xử lý trung tâm Vì máy xử lý trung... sang Internet - dựa NSFnet kết thúc NSFnet mạng xương sống thành viên mạng Internet toàn cầu Như nói lịch sử phát triển Internet lịch sử phát triển mạng máy tính 1.1.2 Khái niệm mạng máy tính Mạng. .. chuyển qua node mạng) a Mạng tuyến tính (BUS) Kiến trúc Bus kiến trúc cho phép nối mạng máy tính đơn giản phổ biến Nó dùng đoạn cáp nối tất máy tính thiết bị mạng thành hàng Khi máy tính mạng gởi liệu