Các giao thức định tuyến cổng nội trong mạng IP

Tài liệu tham khảo đồ án tốt nghiệp ngành viễn thông Các giao thức định tuyến cổng nội trong mạng IP

1.1.2 Các giao thức chuẩn của mô hình OSI 4

1.1.3 Phơng thức hoạt động của các tầng trong mô hình OSI 7

1.1.4 Truyền dữ liệu trong mô hình OSI 8

1.2 Bộ giao thức TCP/IP 8

1.2.1 Sự thúc đẩy cho việc ra đời của TCP/IP 8

1.2.2 Cấu trúc phân lớp của TCP/IP 9

1.3 So sánh hai mô hình TCP/IP và mô hình OSI 13

1.5.6 Thứ tự byte và địa chỉ IP 28

1.5.7 Cấu trúc gói dữ liệu IP 29

1.5.8 Đóng gói dữ liệu 33

1.5.9 Phân mảnh và hợp nhất các gói IP 34

1.5.10 Điều khiển quá trình phân đoạn 38

1.6.4 Thông báo lỗi tái định tuyến ICMP 42

1.6.5 Các bản tin khám phá router ICMP 43

1.7 IPv6 44

1.8 Các giao thức khác của lớp Internet 47

1.8.1Giao thức phân giải địa chỉ ARP 48

1.8.2 Giao thức phân giải địa chỉ ngợc RARP 51

1.8.3 Giao thức bản tin điều khiển liên mạng ICMP 52

1.9Các cơ chế truyền tải 56

Kết Luận 57

Chơng 2 59

kĩ thuật định tuyến trong mạng IP 59

2.1 Khái niệm về định tuyến 59

2.3.2 Thuật toán tìm đờng ngắn nhất 66

2.3.3 Thuật toán Dijkstra 68

2.3.4 Thuật toán Bellman-Ford 70

2.4 Các loại giao thức định tuyến 73

2.4.1 Định tuyến theo vec-tơ khoảng cách 73

2.4.2 Định tuyến theo trạng thái liên kết 77

2.4.3 Giao thức định tuyến lai ghép 83

3.2 Giao thức thông tin định tuyến RIP 87

3.2.1 Các loại gói RIP 88

3.2.2 Định dạng các gói tin RIP 88

3.2.3 Các mode hoạt động của RIP 89

3.2.4 Tính toán các vec-tơ khoảng cách 89

3.2.5 Hạn chế của RIP 90

3.2.6 Giao thức thông tin định tuyến phiên bản 2 (RIP-2) 91

3.2.7 RIP thế hệ kế tiếp cho IPv6 92

4.3 Các kiểu gói tin OSPF 100

4.4 Trao đổi thông tin giữa các node lân cận 101

4.5 Trạng thái của router lân cận - Các sự kiện 102

4.6 Bảng định tuyến , tìm đờng theo bảng định tuyến 102

Kết luận 104

Kết luận chung 105

Tài liệu tham khảo 106

Thuật ngữ viết tắt

động.

RIP Routing Information Protocol Giao thức thông tin định tuyến

đổi

Lời nói đầu

Từ nhu cầu của cuộc sống con ngời, Viễn thông ra đời nh là một sự tất yếu.Với sự phát triển liên tục và mạnh mẽ, Viễn thông đã , đang và sẽ đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của cuộc sống, đem lại những lợi ích thiết thực, những dịch vụ mới đa dạng và phong phú.

Mạng IP và các ứng dụng công nghệ IP với nhiều u điểm nh tính linh hoạt, khả năng mở rộng dễ dàng, hiệu quả sử dụng cao, đang chiếm … u thế trên thị trờng Viễn thông thế giới và ở Việt Nam quá trình IP hoá cũng đang phát triển rất nhanh chóng Đứng trớc tình hình đó, việc nghiên cứu, tìm hiểu mạng IP và các ứng dụng của nó là rất cần thiết.Nhng điều này cũng đòi hỏi phải tốn nhiều thời gian và công sức vì có rất nhiều vấn đề cần nghiên cứu Trong tài liệu này chúng ta sẽ tìm hiểu một vấn đề của định tuyến trong mạng IP

Định tuyến là một chức năng không thể thiếu trong bất kỳ mạng viễn thông nào Mục đích của định tuyến là chuyển thông tin từ một điểm trong mạng (nguồn) tới một hoặc nhiều điểm khác (đích) Mỗi khi thực hiện thiết kế, xây dựng một mạng mới, hay cải tiến một mạng đã có, ngời thiết kế mạng phải đặc biệt quan tâm tới vấn đề định tuyến, bởi hoạt động của một mạng có hiệu quả hay không, chất lợng của các dịch vụ cung cấp trên mạng có thoả mãn đợc yêu cầu của ngời sử dụng mạng hay không phụ thuộc rất nhiều vào việc định tuyến trong mạng đó.

Trải qua một quá trình phát triển mạnh, rất nhiều phơng pháp, kỹ thuật định tuyến đã đợc đa ra Nghiên cứu về các kỹ thuật định tuyến là một lĩnh vực nghiên cứu rất rộng lớn bởi mỗi mạng cần có một chiến lợc định tuyến cho riêng mình, phù hợp với mục đích truyền dẫn, phù hợp với công nghệ mạng, phù hợp với yêu cầu của những ngời sử dụng mạng để trao đổi thông tin Không thể áp đặt hoàn toàn một chiến lợc định tuyến của một mạng lên một mạng khác Do đó, đối với ngời thiết kế mạng, khi xác định kỹ thuật định tuyến để sử dụng trong một mạng mới, cần phải nắm đợc những điều cơ bản về định tuyến Bên cạnh đó, cần phải biết kỹ thuật định tuyến đợc sử dụng trong một số mạng có đặc điểm tơng tự, Từ đó, có thể định ra đợc chiến lợc định tuyến thích hợp cho mạng của mình Đối với những ngời nghiên cứu mạng, kỹ thuật định tuyến trong mạng là một điều rất đáng quan tâm.

Kĩ thuật định tuyến trong mạng IP gồm kĩ thuật định tuyến nội (định tuyến trong) và kĩ thuật định tuyến ngoại (định tuyến ngoài ), trong đó các giao thức định tuyến là nền tảng của các kỹ thuật định tuyến Đồ án tốt nghiệp “ Các giao thức định tuyến cổng nội trong mạng IP ” sẽ đa ra kiến thức cơ bản về mạng IP , định tuyến trong mạng IP và các giao thức định tuyến cổng nội trong mạng IP.Đồ án đợc xây dựng nhằm mục đích tự tìm hiểu, trang bị thêm kiến thức cơ bản, nâng cao hiểu biết cho ngời viết, củng cố nền tảng cho quá trình công tác, nghiên cứu mạng sau này Đồng thời, nếu có thể, làm một tài liệu tham khảo cho những ngời quan tâm

Đồ án đợc xây dựng gồm 4 chơng :

 Chơng 1-Tổng quan về mạng IP: Cung cấp một cái nhìn tổng quan về mạng IP và

những khái niệm cơ bản trong mạng IP

 Chơng 2-Kỹ thuật định tuyến trong mạng IP: Trình bày các kỹ thuật định tuyến,

các phơng pháp định tuyến cùng một số thuật toán chọn đờng trong mạng IP,…

 Chơng 3-Giao thức thông tin định tuyến RIP: Tìm hiểu về hệ thống tự trị, khái niệm

về giao thức định tuyến cổng nội và giao thức định tuyến cổng ngoại trong mạng IP Mục đích của chơng này là trình bày về giao thức định tuyến cổng nội trong mạng IP sử dụng định tuyến theo vectơ khoảng cách, đó là giao thức RIP.

 Chơng 4-Giao thức OSPF: Trình bày về giao thức định tuyến cổng nội trong mạng IP

sử dụng định tuyến theo trạng thái liên kết, đó là giao thức OSPF.

Nh đã nói ở trên, tìm hiểu về mạng IP cần phải tốn nhiều thời gian và công sức.Trong quỹ thời gian ít ỏi cộng với kiến thức còn hạn chế nên em chỉ trình bày đợc một cái nhìn tổng quan cùng một vấn đề nhỏ về định tuyến trong mạng IP Và tất nhiên sai sót là điều khó tránh khỏi Bởi vậy, em mong nhận đợc sự chỉ bảo của các thầy, các cô, cùng các bạn để có thể sửa chữa, nâng cao hiểu biết của mình.

Em xin cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo-TS Nguyễn tiến ban để em có thể hoàn thành đồ án này.Em cũng xin cảm ơn các thầy cô và các bạn đã giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành đồ án

Hà nội, ngày25 tháng11 năm 2005

Sinh viên thực hiện: Phạm văn hiến

Chơng 1

Tổng quan về mạng IP1.1 Mô hình tham chiếu OSI

Cùng với sự bùng nổ phát triển của mạng máy tính đã có những vấn đề nảy sinh là có nhiều nhà thiết kế và mỗi nhà thiết kế tự do lựa chọn kiến trúc mạng riêng của mình Từ đó dẫn đến tình trạng không tơng thích giữa các mạng về: Phơng pháp truy nhập đờng truyền khác nhau, họ giao thức khác nhau sự không tơng thích đó làm trở ngại cho quá trình tơng tác giữa ngời dùng ở các mạng khác nhau Nhu cầu trao đổi thông tin càng lớn thì trở ngại đó càng không thể chấp nhận đợc với ngời sử dụng Với lý do đó tổ chức chuẩn hoá quốc tế ISO đã thành lập một tiểu ban nhằm xây dựng một khung chuẩn về kiến trúc mạng để làm căn cứ cho các nhà thiết kế và chế tạo các sản phẩm mạng Kết quả là năm 1984 ISO đã đa ra mô hình tham chiếu cho việc kết nối các hệ thống mở ( Reference Model for Open System Inter - connection) hay gọn hơn là OSI Reference model Mô hình này đợc dùng làm cơ sở để kết nối các hệ thống mở

ISO sử dụng phơng pháp phân tích các hệ thống mở theo kiến trúc phân tầng và đã công bố mô hình OSI cho việc kết nối các hệ thống mở gồm 7 tầng.

 Các nguyên lý đợc áp dụng cho 7 tầng nh sau:

♦ Một lớp cần thiết phải tạo ở mức độ khác nhau của khái niệm trừu tợng ♦ Mỗi lớp phải thực hiện một chức năng xác định rõ ràng

chuẩn quốc tế đã đợc định nghĩa

♦ Ranh giới giữa các lớp phải đợc chọn để tối thiểu luồng thông tin đi qua các giao diện

ApplicationPresentationSessionTransportNetworkData LinkPhysical

ApplicationPresentationSessionTransportNetworkData LinkPhysical

Mô hình OSI 7 tầng

♦ Số các lớp phải đủ lớn để phân biệt các chức năng cần thiết nhng không đa vào cùng một lớp quá nhiều chức năng, và phải đủ nhỏ để kiến trúc không rắc rối  Ưu điểm của quá trình phân lớp chức năng khi xây dựng mô hình OSI

♦ Tách hoạt động thông tin mạng thành các phần nhỏ hơn, đơn giản hơn♦ Chuẩn hoá các thực thể chức năng của mạng

♦ Cho phép các lớp chức năng phát triển một cách độc lập mà không ảnh hởng tới toàn cục

♦ Tạo ra sự dễ hiểu trong quá trình xây dựng, nghiên cứu giao thức

1.1.1 Chức năng các tầng trong mô hình OSI

Tầng Chức năng

1 Vật lý Cung cấp phơng tiện truyền tin, thủ tục, khởi động duy trì, huỷ bỏ các liên kết vật lý, cho phép truyền dữ liệu ở dạng bit Truy nhập đờng truyền vật lý nhờ các phơng tiện: Cơ, điện, hàm, thủ tục

giao vận

Thực hiện việc truyền dữ liệu giữa hai đầu nút (end- to- end), kiểm soát lỗi và kiểm tra việc truyền dữ liệu giữa hai đầu nút Có thể thực hiện việc ghép kênh (Multiplxing), cắt hợp dữ liệu nếu cần

cấp các dịch vụ thông tin phân tán.

Hình 1.2 Chức năng các tầng trong mô hình OSI

1.1.2 Các giao thức chuẩn của mô hình OSI

Vấn đề đặt ra ở đây là hai hệ thống máy tính khác nhau có thể giao tiếp đợc với nhau hay không? Ta thấy rằng mô hình OSI có thể tạo ra giải pháp để cho phép hai hệ thống dù khác nhau thế nào đi nữa đều có thể truyền thông đợc với nhau nếu chúng đảm bảo những điều kiện sau đây:

♦ Chúng cài đặt cùng một tập các chức năng truyền thông

♦ Các chức năng đó đợc tổ chức thành một tầng Các tầng đồng mức phải cung cấp các chức năng nh nhau ( Phơng thức cung cấp không nhất thiết giống nhau )

♦ Các tầng đồng mức phải sử dụng cùng một giao thức

Để đảm bảo những điều trên cần phải có các chuẩn Các chuẩn phải xác định các chức năng và dịch vụ đợc cung cấp bởi một tầng Các chuẩn cũng phải xác định các giao thức giữa các tầng đồng mức Mô hình OSI 7 tầng chính là cơ sở để xây dựng các chuẩn đó

 Thực thể hoạt động trong các tầng của OSI :

Theo quan niệm của OSI, trong mỗi tầng của một hệ thống có một hoặc nhiều thực thể (entity) hoạt động Một thực thể có thể là thực thể mềm (software entity), ví dụ nh một tiến trình trong hệ thống đa xử lý, hoặc là một thực thể phần cứng (hardware entity) ví dụ nh chíp I/O thông minh Thực thể tầng 7 đợc gọi là thực thể ứng dụng (Application entity); thực thể tầng 6 đợc gọi là thực thể trình diễn .v v

Một thực thể tầng N cài đặt dịch vụ cung cấp cho tầng N+1 Khi đó tầng N gọi là ngời cung cấp dịch vụ, còn tầng N+1 gọi là ngời dùng dịch vụ Tầng N dùng dịch vụ của tầng N-1 để cung cấp dịch vụ của nó Tầng N có thể đa ra vài lớp dịch vụ, chẳng hạn nh truyền thông nhanh mà đắt và truyền thông chậm mà rẻ Các dịch vụ có sẵn tại các nút truy cập dịch vụ ( SAP-Service Access Point ) Các SAP của tầng N ở vị trí mà tại đó tầng N+1 có thể truy nhập dịch vụ đợc đa ra Mỗi SAP có một địa chỉ và tên duy nhất Mỗi thực thể truyền thông với thực tế của tầng trên và tầng dới nó qua một giao diện Giao diện này gồm một hoặc nhiều điểm truy cập dịch vụ (N-1) Entity cung cấp dịch vụ cho một (N) entity thông qua việc gọi các hàm nguyên thuỷ (primitive) Hàm nguyên thuỷ chỉ rõ chức năng cần thực hiện và đợc dùng để chuyển dữ liệu, thông tin điều khiển Có 4 hàm nguyên thuỷ đợc dùng để định nghĩa tơng tác giữa các tầng liền kề nhau, nguyên lý hoạt động của chúng đợc mô tả qua hình sau:

Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động của các hàm nguyên thuỷ

Request (yêu cầu ): là hàm nguyên thuỷ mà ngời sử dụng dịch vụ (Service user)

dùng để gọi các chức năng.

Indication (chỉ báo): là hàm nguyên thuỷ mà nhà cung cấp dịch vụ(Service

Provider ) dùng để:

♦ Gọi báo một chức năng nào đó hoặc

♦ Chỉ báo một chức năng đã đợc gọi ở một điểm truy cập dịch vụ (SAP)

Response (trả lời ): là hàm nguyên thuỷ mà ngời sử dụng dịch vụ dùng để hoàn

tất một chức năng đã đợc gọi từ trớc bởi một hàm nguyên thuỷ Indication ở SAP đó

Confirm (xác nhận) là hàm nguyên thuỷ của nhà cung cấp dịch vụ, dùng để

hoàn tất một chức năng đã đợc gọi từ trớc bởi hàm nguyên thuỷ Request tại SAP đó Theo sơ đồ này quy trình thực hiện một thao tác giữa hai hệ thống A và B đợc thực hiện nh sau:

♦ Tầng (N+1) của A gửi xuống tầng (N) kề nó một hàm Request

Hình 1.4 Quan hệ đơn vị dữ liệu giữa các tầng kề nhau

♦ Trong hệ thống A: tầng (N+1) gửi hàm Request xuống tầng N qua SAP trên giao diện (N+1)/N.

♦ Tại tầng N, kiến tạo một đơn vị dữ liệu gửi yêu cầu sang tầng N của hệ thống B qua giao thức tầng N.

♦ Trong hệ thống B: Tầng N nhận đợc yêu cầu đó, nó gửi lên tầng (N+1) bằng hàm Indication qua SAP trên giao diện (N+1)/N

Tầng N

6

♦ Tầng (N+1) trả lời tầng N bằng hàm Response, qua SAP của giao diện 2 tầng.♦ Tâng N , kiến tạo một đơn vị dữ liệu gửi trả lời sang tầng N của hệ thống A qua

giao thức tầng N.

(Confirm) kết thúc một giao tác giữa hai hệ thống Các hàm nguyên thuỷ đều đợc gọi đến ( hoặc gửi đi ) từ một điểm truy nhập dịch vụ (SAP) ở ranh giới 2 tầng (n+1) và (N) Đơn vị dữ liệu sử dụng trong giao thức tầng (N) ký hiệu là PDU Giữa các tầng kề nhau các đơn vị dữ liệu có mối quan hệ nh sau: một thực thể ở tầng N không thể truyền trực tiếp đến một thực thể tầng N+1 của hệ thống khác, mà phải đi xuống tầng thấp nhất (tầng vật lý ) trong kiến trúc phân tầng nào đó Khi xuống đến tầng (N) thì một đơn vị dữ liệu của tầng (N) đợc xem nh một đơn vị dữ liệu (SDU) của tầng (N) Phần thông tin của tầng (N), gọi là (N) SDU quá dài thì đợc cắt thành nhiều đoạn, mỗi đoạn kết hợp với (N) PCI vào đầu để tạo thành nhiều (N) PDU Quá trình nh vậy đợc chuyển xuống cho đến tầng vật lý, ở đó dữ liệu đợc truyền qua đờng vật lý ở hệ thống nhận, quá trình diễn ra ngợc lại Qua mỗi tầng các PCI của các đơn vị dữ liệu sẽ đợc phân tích và cắt bỏ các header của các PDU trớc khi gửi lên tầng trên

1.1.3 Phơng thức hoạt động của các tầng trong mô hình OSI

Mỗi tầng mô hình trong tầng ISO, có hai phơng thức hoạt động chính đợc áp dụng đó là: phơng thức hoạt động có liên kết (connection-oriented) và không có liên kết (connectionless).

Với phơng thức có liên kết, trớc khi truyền dữ liệu cần thiết phải thiết lập một liên kết logic giữa các thực thể cùng tầng Còn với phơng thức không liên kết thì không cần lập liên kết logic và mỗi đơn vị dữ liệu trớc hoặc sau nó

Với phơng thức có liên kết, quá trình truyền dữ liệu phải trải qua ba giai đoạn theo thứ tự thời gian

♦ Thiết lập liên kết: hai thực thể đồng mức ở hai hệ thống thơng lợng với nhau về tập các tham số sẽ đợc sử dụng trong giai đoạn sau

♦ Truyền dữ liệu: dữ liệu đợc truyền với các cơ chế kiểm soát và quản lý

♦ Huỷ bỏ liên kết (logic): giải phóng các tài nguyên hệ thống đã cấp phát cho liên kết để dùng cho các liên kết khác

Tơng ứng với ba giai đoạn trao đổi, ba thủ tục cơ bản đợc sử dụng, chẳng hạn đối với tầng N có: N-CONNECT ( thiết lập liên kết ), N-DATA(Truyền dữ liệu ), và N-DISCONNECT (Huỷ bỏ liên kết )Ngoài ra còn một số thủ tục phụ đợc sử dụng tuỳ theo đặc điểm, chức năng của mỗi tầng Ví dụ:

♦ Thủ tục N-RESTART đợc sử dụng để khởi động lại hệ thống ở tầng 3

♦ Thủ tục S-TOKEN GIVE để chuyển điều khiển ở tầng 5

Mỗi thủ tục trên sẽ dùng các hàm nguyên thuỷ (Request, Indication, Response, Confirm) để cấu thành các hàm cơ bản của giao thức ISO.

Còn đối với phơng thức không liên kết thì chỉ có duy nhất một giai đoạn đó là: truyền dữ liệu

So sánh hai phơng thức hoạt động trên chúng ta thấy rằng phơng thức hoạt động có liên kết cho phép truyền dữ liệu tin cậy, do đó có cơ chế kiểm soát và quản lý chặt chẽ từng liên kết logic Nhng mặt khác nó phức tạp và khó cài đặt Ngợc lại, phơng thức không liên kết cho phép các PDU đợc truyền theo nhiều đờng khác nhau để đi đến đích, thích nghi với sự thay đổi trạng thái của mạng, song lại trả giá bởi sự khó khăn gặp phải khi tập hợp các PDU để di chuyển tới ngời sử dụng Hai tầng kề nhau có thể không nhất thiết phải sử dụng cùng một phơng thức hoạt động mà có thể dùng hai phơng thức khác nhau

1.1.4 Truyền dữ liệu trong mô hình OSI.

Tiến trình gửi gồm vài dữ liệu muốn gửi qua tiến trình nhận Dữ liệu đa xuống tầng ứng dụng, dữ liệu đó đợc gắn thêm tiêu đề lớp ứng dụng (AH-Application Header) vào phía trớc dữ liệu và kết quả đa xuống cho tầng trình diễn Tầng trình diễn có thể biến đổi mục dữ liệu này theo nhiều cách khác nhau, thêm phần header vào đầu và đi xuống tầng phiên Quá trình này đợc lặp đi lặp lại cho đến khi dữ liệu đi xuống tầng vật lý, ở đó chúng thực sự đợc truyền sang máy nhận ở máy nhận các phần header khác nhau đợc loại bỏ từng cái một khi các thông báo truyền lên theo các lớp cho đến khi lên

tới tiến trình nhận Nh vậy, việc truyền dữ liệu thực hiện theo chiều dọc Hình 1.5 biểu

diễn một mẫu sử dụng mô hình OSI có thể truyền dữ liệu nh thế nào.

Hình 1.5 Ví dụ quá trình truyền dữ liệu trong mô hình OSI

ApplicationPresentationSessionTransportNetworkData LinkPhysical

DataAH DataPH DataSH DataTH DataNH DataDH DataPH BitsGiao thức trình diễn

8

Giao tiếp thông tin đã trở thành nhu cầu không thể thiếu trong tất cả mọi lĩnh vực hoạt động Mạng máy tính tính ra đời phần nào đã đáp ứng đợc nhu cầu đó Phạm vi lúc đầu của các mạng bị hạn chế trong một nhóm làm việc, một cơ quan, công ty trong một khu vực Tuy nhiên thực tế của của những nhu cầu cần trao đổi thông tin trong nhiều lĩnh vực khác nhau, về nhiều chủ đề khác nhau, giữa các tổ chức, các cơ quan là không có giới hạn Vì vậy nhu cầu cần kết nối các mạng khác nhau của các tổ chức khác nhau để trao đổi thông tin là thực sự cần thiết Nhng thật không may là hầu hết các mạng của các công ty, các cơ quan đều là các thực thể độc lập, đợc thiết lập để phục vụ nhu cầu trao đổi thông tin của bản thân các tổ chức đó Các mạng này có thể đợc xây dựng từ những kĩ thuật phần cứng khác nhau để phù hợp với những vấn đề giao tiếp thông tin của riêng họ Điều này chính là một cản trở cho việc xây dựng một mạng chung, bởi vì sẽ không có một kĩ thuật phần cứng riêng nào đủ đáp ứng cho việc xây dựng một mạng chung thoả mãn nhu cầu ngời sử dụng Ngời sử dụng cần một mạng tốc độ cao để nối các máy, nhng những mạng nh vậy không thể đợc mở rộng trên những khoảng cách lớn Nhu cầu về một kỹ thuật mới mà có thể kết nối đợc nhiều mạng vật lý có cấu trúc khác hẳn nhau là thật sự cần thiết Nhận thức đợc điều đó, trong quá trình phát triển mạng ARPANET của mình, tổ chức ARPA ( Advanced Research Projects Agency) đã tập trung nghiên cứu nhằm đa ra một kỹ thuật thoả mãn những yêu cầu trên Kỹ thuật ARPA bao gồm một thiết lập của các chuẩn mạng xác định rõ những chi tiết của việc làm thế nào để các máy tính có thể truyền thông với nhau cũng nh một sự thiết lập các quy ớc cho kết nối mạng, lu thông và chọn đờng Kỹ thuật đó đợc phát triển đầy đủ và đợc đa ra với tên gọi chính xác là TCP/IP Internet Protocol Suit ( bộ giao thức TCP/IP ) và thờng đợc gọi tắt là TCP/IP Dùng TCP/IP ngời ta có thể kết nối đợc tất cả các mạng bên trong công ty của họ hoặc có thể kết nối giữa các mạng của các công ty, các tổ chức khác nhau, với nhau.

 TCP/IP có một số đặc tính quan trọng sau:

♦ Là bộ giao thức chuẩn mở và sẵn có, vì: nó không thuộc sở hữu của bất cứ một tổ chức nào; các đặc tả thì sẵn có và rộng rãi Vì vậy bất kì ai cũng có thể xây dựng phần mềm truyền thông qua mạng máy tính dựa trên nó.

♦ TCP/IP độc lập với phần cứng mạng vật lý, điều này cho phép TCP/IP có thể đợc dùng để kết nối nhiều loại mạng có kiến trúc vật lý khác nhau nh: Ethernet, Tokenring, FDDI, X25, ATM

thống nhất khi kết nối mạng.

♦ Các giao thức lớp cao đợc chuẩn hoá thích hợp và sẵn có với ngời dùng.

1.2.2 Cấu trúc phân lớp của TCP/IP

TCP/IP là mô hình mở để kết nối mạng Nó đợc thiết kế theo mô hình kiến trúc phân tầng, gồm bốn lớp đợc mô tả nh hình sau đây:

 Lớp ứng dụng (Application):

Đây là lớp cao nhất trong cấu trúc phân lớp của TCP/IP Lớp này bao gồm tất cả các chơng trình ứng dụng sử dụng các dịch vụ sẵn có thông qua một TCP/IP Internet.Các chơng trình ứng dụng tơng tác với một trong các giao thức của lớp Transport để truyền hoặc nhận dữ liệu Mỗi chơng trình ứng dụng lựa chọn một kiểu giao thức thích hợp cho công việc của nó Chơng trình ứng dụng chuyển dữ liệu theo mẫu mà lớp Transport yêu cầu.Mô hình TCP/IP hớng đến tối đa độ linh hoạt tại lớp ứng dụng cho ngời phát triển phần mềm Các ứng dụng ở đây bao gồm:

♦ FTP

File Transfer Protocol

-♦ HTTP

Hypertext Transfer Protocol

-♦ SMTP

Simple Mail Transfer Protocol

-Phạm Văn Hiến - Đ01VT

Hình 1.6 Mô hình phân lớp của TCP/IP và Sơ đồ giao thức TCP/IP

10

♦ DNS

♦ TFTP - Ttrivial File Transfer Protocol♦ UDP - User Datagram Protocol  Lớp vận chuyển (Transport layer):

Nhiệm vụ trớc tiên của lớp Transport là cung cấp sự giao tiếp thông tin giữa các chơng trình ứng dụng Mỗi sự giao tiếp đợc gọi là end-to-end Lớp Transport có thể điều chỉnh lu lợng luồng thông tin Nó cũng cung cấp một sự vận chuyển tin cậy, hiệu suất cao, đảm bảo rằng dữ liệu đến mà không bị lỗi Để làm nh vậy, phần mềm giao thức đợc hỗ trợ hỗ trợ để bên nhận có thể gửi lại các thông báo xác nhận về việc thu dữ liệu và bên gửi có thể truyền lại các gói tin bị mất hoặc bị lỗi Phần mềm giao thức chia dòng dữ liệu ra thành những đơn vị dữ liệu nhỏ hơn (thờng đợc gọi là các segment) và chuyển mỗi segment cùng với địa chỉ đích tới lớp tiếp theo để tiếp tục quá trình truyền dẫn.

Mặc dù hình trên dùng một khối để biểu diễn cho lớp ứng dụng, nhng nói chung máy tính có thể có nhiều chơng trình ứng dụng truy nhập vào Internet tại cùng một thời điểm Lớp Transport phải chấp nhận dữ liệu từ một số chơng trình ứng dụng và gửi nó tới lớp tiếp theo thấp hơn Để làm nh vậy nó thêm vào thông tin bổ sung cho mỗi segment, gồm cả các mã định danh chơng trình ứng dụng đã gửi nó và chơng trình ứng dụng sẽ nhận nó, cũng nh một tổng kiểm tra Máy nhận sử dụng tổng kiểm tra để thẩm tra gói tin đã đến, và sử dụng mã đích để định danh chơng trình ứng dụng nó đợc chuyển phát đến.Lớp vận chuyển liên quan đến hai giao thức TCP và UDP.

 Lớp Internet (Internet layer):

Mục tiêu của lớp Internet là truyền các gói từ bất kì mạng nào trên liên mạng và đến đợc đích trong điều kiện độc lập với đờng dẫn và các mạng mà chúng đã trải qua.Giao thức đặc trng khống chế lớp này là giao thức IP.Công việc xác định đờng dẫn tốt nhất và hoạt động chuyển mạch gói diễn ra tại lớp này Lớp Internet xử lý giao tiếp thông tin từ một máy này tới một máy khác Nó chấp nhận một yêu cầu để gửi một gói từ lớp Transport cùng với một định danh của máy đích mà gói tin sẽ đợc gửi tới Nó sẽ bọc gói tin trong một IP Datagram, điền đầy đủ thông tin vào trong phần header, sử dụng giải thuật chọn đờng để quyết định là giao phát gói tin trực tiếp hay là gửi nó tới một Router, và chuyển datagram tới giao diện phối ghép mạng thích hợp cho việc truyền dẫn Lớp Internet cũng xử lý các Datagram đến, kiểm tra tính hợp lệ của chúng, và sử dụng giải thuật chọn đờng để quyết định là datagram sẽ đợc xử lý cục bộ hay là sẽ đợc chuyển đi tiếp Đối với các datagram có địa chỉ đích cục bộ, thì phần mềm lớp Internet sẽ xoá phần header của các Datagram đó, và chọn trong số các giao thức lớp Transport một giao thức thích hợp để xử lý gói tin Trong lớp Internet còn gửi các ICMP

( Giao thức bản tin điều khiển liên mạng ) và các bản tin điều khiển khi cần thiết và xử lý tất cả mọi bản tin ICMP tới.

 Lớp truy nhập mạng(Network Access Layer):

Lớp thấp nhất của mô hình phân lớp TCP/IP, chịu trách nhiệm về việc chấp nhận các IP datagram và việc truyền phát chúng trên một mạng xác định Một giao diện phối ghép mạng có thể gồm một bộ điều khiển thiết bị (ví dụ nh khi mạng là mạng cục bộ mà máy đợc gắn nối trực tiếp tới) hoặc là một hệ thống con phức tạp sử dụng giao thức Data Link của bản thân nó( ví dụ khi mạng bao gồm các chuyển mạch gói giao tiếp với các host bằng giao thức HDLC).Lớp truy nhập mạng liên hệ đến các kĩ thuật LAN hay WAN.

Network InterfaceInternet

Network Interface

Identical messageIdentical

packetRouter R

Identical datagram

Identical datagramIdentical

Identical frame

12

Hình 1.7 giúp ta hình dung sự hoạt động trong môi trờng phân lớp của TCP/IP, việc giao phát bản tin sử dụng hai mạng riêng biệt, một mạng cho việc truyền dẫn từ host A tới Router R, và mạng kia truyền dẫn từ Router R tới Host B.

Trong mô hình TCP/IP không cần quan tâm đến ứng dụng nào yêu cầu các dịch vụ mạng, và không cần quan tâm đến giao thức vận chuyển nào đang đợc dùng, chỉ có một giao thức mạng IP Đây là một quyết định thiết kế có cân nhắc kỹ IP phục vụ nhmột giao thức đa năng cho phép bất kì máy tính nào, ở bất cứ đâu, truyền dữ liệu vào bất cứ thời điểm nào.

1.3 So sánh hai mô hình TCP/IP và mô hình OSI

Mô hình OSI và mô hình TCP/IP có những điểm giống và khác nhau.

 Các điểm giống nhau

trờng này dựa vào lớp IP.

♦ TCP/IP biểu hiện đơn giản hơn vì có ít lớp hơn.

♦ TCP/IP không đa ra một tiêu chuẩn cụ thể về lớp điều khiển truy nhập mạng Điều này cho phép các công nghệ lớp này phát triển một cách độc lập với các giao thức lớp trên Đây cũng chính là động lực phát triển công nghệ mạng

♦ Các giao thức TCP/IP là các chuẩn cơ sở cho Internet phát triến,nh vậy mô hình TCP/IP chiếm đợc niềm tin vì các giao thức của nó.

♦ Mô hình OSI chỉ là mô hình đợc sử dụng để tham chiếu khi xây dựng và phân tích các họ giao thức truyền số liệu cụ thể.

1.4 Phân loại mạng IP

Sự phát triển nhanh chóng của Internet kéo theo việc mở rộng phạm vi ứng dụng của giao thức TCP/ IP hình thành lên các loại mạng IP nh sau: mạng Internet toàn cầu, mạng IP trong các tổ chức và doanh nghiệp còn gọi là mạng Intranet, mạng riêng ảo dùng giao thức IP (IP VPN) Một số mạng IP bao gồm cả ba loại mạng trên Ví dụ trong một doanh nghiệp có một số mạng LAN chạy giao thức IP trên các công nghệ nh Ethernet, TokenRing, FDDI ở các chi nhánh khác nhau Mỗi địa điểm ở xa sẽ có các router kết nối với mạng WAN dùng IP VPN Mạng này có cổng nối ra Internet, coi nh một phần của mạng Internet toàn cầu.

Các mạng Intranet là những mạng IP đợc quản lí (managed IP network) nghĩa là việc truyền dữ liệu đợc thực hiện mau lẹ với độ trễ thấp và độ tin cậy cao bởi vì hoạt động của doanh nghiệp phụ thuộc rất nhiều vào việc giao nhận dữ liệu kịp thời Nó tơng phản với mạng Internet trong đó độ trễ lớn và thời điểm dữ liệu đến không thể dự doán trớc đợc.

Các công ty và tổ chức lớn, nhiều chi nhánh, có xu hớng tiến hành xây dựng mạng riêng nhng giá thành sẽ là quá cao Một giải pháp là xây dựng mạng riêng ảo trên nền tảng mạng Internet công cộng chạy giao thức IP Do đó, IP VPN là một dịch vụ mới, dự định cung cấp cho các doanh nghiệp một loại mạng IP có chất lợng tơng đơng với Intranet Trong các mạng IP VPN có sự đảm bảo về độ trễ thấp, về băng thông cũng nh các tính năng bảo mật để “bắt chớc” các đặc điểm của mạng Intranet Những sự đảm

Phạm Văn Hiến - Đ01VT

Network AccessUDP

bảo này tạo lên một tính năng gọi là “đảm bảo chất lợng dịch vụ” (QoS) QoS là sự khác nhau cơ bản chủ yếu giữa IP VPN, Intranet và Internet công cộng.

1.5 Giao thức IP

1.5.1 Tổng quan về giao thức IP

Giao thức IP có chức năng của tầng mạng trong mô hình TCP/IP Giao thức IP là giao thức không liên kết (connectionless) , nghĩa là không có sự đảm bảo rằng các gói tin gửi đi sẽ đến đợc tới đích của nó Ngoài chức năng chọn đờng, chức năng quan trọng nhất trên tầng mạng, giao thức IP còn có khả năng tìm lỗi, chia nhỏ các gói tin và lắp ráp lại chúng, nhằm cho phép truyền thông qua các mạng có kích thớc gói tin nhỏ hơn Giao thức IP là một giao thức rất hiệu quả và đợc sử dụng nhiều trong các chơng trình ứng dụng

Giao thức IP đợc thiết kế để dùng trong các hệ thống các mạng máy tính truyền thông chuyển mạch gói (packet-switched) Giao thức IP truyền các khối dữ liệu từ một nguồn tới một đích trong đó nguồn và đích là các trạm máy tính đợc nhận dạng thông qua các địa chỉ có độ dài cố định Giao thức IP cũng cho phép việc phân đoạn và lắp ráp lại các gói tin IP có độ dài lớn để cho phép các gói tin này đi qua các mạng máy tính có đơn vị gói tin nhỏ.

Giao thức IP chỉ giới hạn trong việc cung cấp các chức năng cần thiết nhằm truyền các gói bít từ nguồn tới đích trên một hệ thống mạng Không có cơ chế cho độ tin cậy, điều khiển luồng (flow control), đánh số thứ tự (sequencing) hay cơ chế truyền lại dữ liệu Không có cơ chế báo nhận, không có kiểm tra dữ liệu mà chỉ có kiểm tra phần header thông qua mã kiểm tra checksum Các lỗi tìm đợc đợc thông báo thông qua giao thức thông báo điều khiển liên mạng ICMP (Internet Control Message Protocol)

Giao thức IP cũng cung cấp cho các giao thức tầng trên các kiểu và các chất lợng dịch vụ khác nhau Nó dùng bốn trờng cơ bản để cung cấp các dịch vụ bao gồm: Kiểu dịch vụ, Thời gian sống, Các lựa chọn và Mã kiểm tra Checksum.

♦ Kiểu dịch vụ (Type of Service) dùng để chỉ ra chất lợng phục vụ mong muốn Các gateway có thể dùng trờng này để truyền tham số và ra các quyết định chọn đờng cho các gói tin IP

♦ Thời gian sống (time to live) là thời gian cho phép một gói tin đợc tồn tại trong mạng Nó đợc gán giá trị bởi nút gửi và sau đó đợc giảm dần tại mỗi nút trên đờng đi Nếu giá trị của nó bằng không trớc khi nó tới đợc đích thì gói tin sẽ bị hủy bỏ Điều này tránh trờng hợp một gói tin bị lặp (loop) và tồn tại mãi trong mạng.

chọn bản ghi nhớ đờng, nhãn thời gian Các lựa chọn ít khi đợc dùng trong hầu hết các trờng hợp

♦ Mã kiểm tra checksum cho phép kiểm tra đối với các thông tin trong phần header của gói tin IP Nếu mã kiểm tra bị sai thì tức là phần header bị lỗi và gói tin sẽ bị

hủy bỏ Phần dữ liệu của gói tin không đợc kiểm tra bằng mã checksum và có thể có lỗi

1.5.2 Các chức năng của IP

IP (Internet Protocol) là giao thức kết nối không liên kết Chức năng chủ yếu của IP là cung cấp các dịch vụ Datagram và các khả năng kết nối các mạng con thành liên mạng để truyền dữ liệu với phơng thức chuyển mạch gói IP Datagram , thực hiện tiến trình định địa chỉ và chọn đờng IP Header đợc thêm vào đầu các gói tin và đợc giao thức tầng thấp truyền theo dạng khung dữ liệu (Frame) IP định tuyến các gói tin thông qua liên mạng bằng cách sử dụng các bảng định tuyến động tham chiếu tại mỗi bớc nhảy Xác định tuyến đợc tiến hành bằng cách tham khảo thông tin thiết bị mạng vật lý & logic nh ARP_giao thức phân giải địa chỉ IP thực hiện việc tháo rời và khôi phục các gói tin theo yêu cầu kích thớc đợc định nghĩa cho tầng dới nó thực hiện IP kiểm tra lỗi thông tin điều khiển, phần đầu IP bằng giá trị tổng CheckSum Tóm lại IP là giao thức cung cấp các chức năng chính sau:

♦ Định nghĩa cấu trúc các gói dữ liệu là đơn vị cơ sở cho việc truyền dữ liệu trên Internet.

♦ Định nghĩa phơng thức đánh địa chỉ IP.

♦ Truyền dữ liệu giữa lớp giao vận và lớp Internet.♦ Định tuyến để chuyển các gói dữ liệu trong mạng.

liệu và nhúng/tách chúng trong các frame ở lớp truy nhập mạng.

1.5.3 Giao diện với các giao thức ở lớp trên và lớp dới

Giao thức IP gọi các giao thức ở lớp dới, để mang các gói tin IP tới gateway hoặc tới trạm đích Đồng thời nó cũng bị gọi bởi giao thức ở lớp trên là lớp giao vận nh giao thức TCP để truyền các đoạn dữ liệu của giao thức đó tới trạm đích Giao thức ở tầng trên nh TCP sẽ cung cấp các thông tin về địa chỉ cho giao thức IP thông qua các tham số của lời gọi Giao thức IP sau đó sẽ tạo ra các gói tin IP, ra quyết định chọn đờng và gọi các giao thức mạng ở tầng dới để mạng các gói tin IP này đi tới gateway hoặc tới trạm đích.

Giao thức IP và ICMP

Giao diện mạng (Ethernet, Token-Ring, …)

Hình 1.9 Mối quan hệ giữa giao thức IP và các giao thức khác

16

1.5.4 Địa chỉ IP

Mục đích của giao thức IP là truyền một gói tin qua một tập các mạng liên kết với nhau Việc truyền thực hiện đợc bằng việc chuyển các gói tin từ một thực thể trong liên mạng tới thực thể kia cho tới khi gói tin tới đợc đích Thực thể nói ở đây có thể là một trạm máy tính hoặc một gateway Các gói tin IP đợc truyền từ thực thể này tới thực thể kia nhờ vào địa chỉ liên mạng (IP Interrnet) Do đó một trong những vấn đề quan trọng nhất của giao thức IP là địa chỉ

Địa chỉ IP bao gồm 2 phần: NET ID + HOST ID

♦ Phần HOST ID cho phép định tuyến gói tin đến HOST cụ thể trong 1 mạng.

♦ Phần NET ID do tổ chức ARIN (American Registry for Internet Numbers) cấp cho các nhà quản trị mạng.

Sơ đồ địa chỉ hoá để định danh các trạm (Host) trong liên mạng đợc gọi là địa chỉ IP Mục đích của địa chỉ IP là để định danh duy nhất cho một Host bất kỳ trên liên mạng.

Do tổ chức và độ lớn của các mạng con của liên mạng có thể khác nhau, ngời ta chia các địa chỉ IP thành 5 lớp ký hiệu là A, B, C, D, E.

♦ Các giải địa chỉ lớp A, B, C đợc sử dụng để gán cho các phần tử môi trờng liên mạng

♦ Giải địa chỉ lớp D sử dụng vào mục đích multicast♦ Giải địa chỉ lớp E sử dụng vào mục đích nghiên cứu

♦ Địa chỉ lớp B có 2 bit đầu tiên là “10”.Địa chỉ lớp B có subnetmask mặc định là 255.255.0.0 Tất cả các địa chỉ IP của lớp B dùng 16 bít đầu tiên để định danh phần mạng của địa chỉ Hai octet còn lại có thể dùng cho phần host của địa chỉ Mỗi mạng dùng một địa chỉ lớp B có thể gán 216 -2 =65.534 địa chỉ HOST khả dụng Các địa chỉ IP lớp B luôn có giá trị nằm trong khoảng từ 128 đến 191 trong octet đầu tiên.

♦ Địa chỉ lớp C có 3 bit đầu tiên là “110”.Địa chỉ lớp C có subnetmask mặc định là 255.255.255.0 Tất cả các địa chỉ IP của lớp B dùng 24 bít đầu tiên để định danh phần mạng của địa chỉ Octet còn lại có thể dùng cho phần host của địa chỉ Mỗi mạng dùng một địa chỉ lớp C có thể gán 28 -2 =254 địa chỉ HOST khả dụng Các địa chỉ IP lớp C luôn có giá trị nằm trong khoảng từ 192 đến 223 trong octet đầu tiên.

♦ Lớp D dùng để gửi IP Datagram tới một nhóm các Host trên một mạng Tất cả các số lớn hơn 233 trong trờng đầu là thuộc lớp D.

♦ Lớp E dự phòng để dùng trong tơng lai.

Nh vậy, Hình 1.11 xác định địa chỉ mạng cho lớp A: từ 1 đến 126 cho vùng đầu tiên, 127 dùng cho địa chỉ loopback, lớp B từ 128.1.0.0 đến 191.255.0.0, lớp C từ 192.1.0.0 đến 233.255.255.0

♦ Nếu trong một địa chỉ IP, giá trị của Host chứa tất cả bit 0, đây là địa chỉ mạng Ví dụ 137.53.0.0 là địa chỉ mạng lớp B 137.53.

♦ Nếu trong một địa chỉ IP, giá trị của Host chứa tất cả bit 1, đây là địa chỉ Broadcast có định hớng Một địa chỉ Broadcast định hớng đợc nhìn thấy bởi tất cả các node trên mạng đó Ví dụ, với nhóm mạng B: 137.53.255.255 là địa chỉ Broadcast định hớng của nhóm.

♦ Địa chỉ IP 255.255.255.255 đợc gọi là Local Broadcast hoặc Limite Broadcast Đợc sử dụng trong các mạng LAN.

♦ Địa chỉ IP 0.0.0.0 sử dụng trong bảng định tuyến để trỏ vào mạng cho bộ định tuyến mặc định (cổng giao tiếp mặc định).

Tóm lại : Có một số địa chỉ IP đặc biệt giành riêng cho InterNIC (Internetwork Information Center) theo RFC 960:

• 150.150.5.6 là địa chỉ IP lớp B

- Địa chỉ mạng 150.150.0.0- Địa chỉ Host là 5.6.

• 9.6.7.8 là địa chỉ IP lớp A

- Địa chỉ mạng 9.0.0.0- Địa chỉ Host là 6.7.8

• 128.1.0.1 là địa chỉ IP lớp B

- Địa chỉ mạng 128.1.0.0- Địa chỉ Host là 0.11.5.4.2 IP Multicast

 Khái niệm về IP multicast

IP multicast là một khái niệm trừu tợng của multicast phần cứng Nó cho phép chuyển một gói tin IP tới một nhóm các trạm Một nhóm trạm có thể bao gồm các trạm trên nhiều mạng vật lý khác nhau Một trạm có thể là thành viên của nhiều nhóm và có thể đăng ký tham gia một nhóm cũng nh rút khỏi nhóm đó nếu nh có nhu cầu Một trạm

có thể gửi các gói tin tới một nhóm trạm multicast mà không cần phải là thành viên của nhóm đó

Mỗi một nhóm multicast có một địa chỉ multicast duy nhất thuộc lớp địa chỉ D gọi là địa chỉ IP multicast Một số địa chỉ IP multicast đợc dành riêng và đợc gọi là các địa chỉ IP multicast well-known Các địa chỉ IP multicast khác có thể dùng đợc gọi là các nhóm địa chỉ multicast tạm thời (transient multicast groups) Các địa chỉ này đợc tạo ra khi cần thiết và xóa đi nếu nh số thành viên trong nhóm bằng không.

Cơ chế multicast của IP có thể đợc dùng trong một mạng cục bộ hoặc trong liên mạng Internet Trong trờng hợp thứ hai, một gateway multicast đặc biệt đợc dùng để chuyển các gói tin đi Tuy nhiên các trạm cũng không cần biết sự hiện diện của gateway multicast Một trạm chuyển các gói tin multicast đi nhờ vào khả năng multicast của mạng cục bộ Nếu nh gateway multicast tồn tại, nó sẽ nhận các gói tin multicast và chuyển chúng tới các mạng khác Các gateway multicast dùng các khả năng multicast của phần cứng để chuyển các gói tin này đi tới các trạm đích multicast Trờng thời gian sống (time-to-live) của gói tin multicast cũng có ý nghĩa giống nh trờng thời gian sống của gói tin IP thông thờng Việc chuyển các gói tin multicast có thể dựa vào các gateway độc lập hay dựa vào các gateway thông thờng đợc cài đặt thêm chức năng multicast.

 Địa chỉ IP multicast

Địa chỉ IP multicast gồm có bốn bít đầu là 1110, dùng để chỉ ra một địa chỉ IP là multicast Sau đó là 28 bít chỉ ra nhóm multicast Nếu biểu diễn theo dạng dấu chấm thì địa chỉ multicast bao gồm từ địa chỉ 224.0.0.0 tới 239.255.255.255.

Địa chỉ 224.0.0.0 là dùng để dành riêng, nó không đợc gán cho một nhóm multicast nào Địa chỉ 244.0.0.1 là đợc dùng với ý nghĩa là tất cả các trạm và gateway có cài đặt multicast trong mạng cục bộ Không có địa chỉ multicast dùng cho tất cả các trạm trên liên mạng Internet.

Địa chỉ multicast chỉ đợc dùng làm địa chỉ đích, không đợc dùng làm địa chỉ nguồn Nó cũng không đợc xuất hiện trong các lựa chọn nguồn hay bản ghi nhớ đờng của gói tin IP Cũng không có thông báo ICMP nào đợc dùng cho các gói tin multicast  ánh xạ từ địa chỉ multicast của IP sang địa chỉ multicast Ethernet

Trong mạng cục bộ, tồn tại một khái niệm là multicast phần cứng(hardware multicast) Phần cứng mạng hỗ trợ một dạng truyền thông nhiều điểm (multi-point) và duy trì một tập các địa chỉ dùng cho mục đích này Khi một nhóm các trạm muốn truyền thông cho nhau, chúng định nghĩa ra một địa chỉ multicast và cấu hình phần cứng giao diện mạng của chúng để có thể nhận biết đợc địa chỉ multicast này Sau đó tất cả các trạm trong nhóm đều có thể nhận đợc một bản sao của gói tin gửi tới địa chỉ multicast này.

Một trong các kiểu mạng thông dụng nhất là mạng Ethernet và mạng Ethernet cung cấp một khả năng điển hình về multicast về phần cứng Mạng Ethernet dùng một

bít thấp trong byte cao của địa chỉ 48 bít của nó để phân biệt địa chỉ multicast với các địa chỉ thông thờng: 01.00.00.00.00.00.00

Việc ánh xạ từ địa chỉ IP sang địa chỉ Ethernet tuân theo qui tắc sau: Đặt 23 bít thấp của địa chỉ multicast IP vào 23 bít thấp của một địa chỉ multicast Ethernet đặc biệt là 01.00.5E.00.00.00 Ví dụ nh địa chỉ multicast IP là 224.0.0.1 sẽ trở thành địa chỉ multicast Ethernet là 01.00.5E.00.00.01.

ch-Để có thể nhận đợc các gói tin IP với địa chỉ multicast, các phần mềm IP trên các trạm cần phải thực hiện nhiều bớc Đầu tiên là nó phải có một giao diện nào đó để cho phép một chơng trình ứng dụng khai báo rằng nó muốn gia nhập hay rút khỏi một nhóm multicast nào đó Nếu có nhiều chơng trình ứng dụng cùng tham gia một nhóm thì nó phải chuyển đến cho mỗi chơng trình ứng dụng một bản sao của gói tin IP của nhóm đó Hơn nữa trạm cần phải chạy một một giao thức đặc biệt để chỉ cho gateway multicast cục bộ là nó là thành viên của nhóm đó Giao thức đó gọi là giao thức quản lý nhóm liên mạng IGMP (Internet Group Management Protocol).

Để tham dự một một nhóm multicast mà bao gồm nhiều mạng khác nhau, một trạm cần phải báo cho gateway multicast biết Gateway multicast sẽ liên lạc với các gateway multicast khác, báo cho chúng biết về trạng thái thành viên của nó và thiết lập các đờng đi trong bảng chọn đờng.

1.5.4.3 Subneting

Đôi khi nhà quản trị mạng muốn chia nhỏ mạng của mình thành nhiều mạng nhỏ hơn đặc biệt là các mạng lớn Vì khi mạng quá lớn đồng nghĩa với việc tăng miền broadcast domain Các mạng thờng có kích cỡ không bằng nhau: đôi khi chỉ có 2 HOST, đôi khi là rất nhiều Các phần chia nhỏ hơn đợc gọi là các mạng con (Subnetwork) và đợc thực hiện đánh địa chỉ khá linh hoạt.Các mạng con đợc gọi ngắn

gọn là subnet Mỗi địa chỉ sub net là duy nhất và luôn đợc gán một cách cục bộ, tức là luôn do ngời quản trị mạng quyết định

Hình 1.12 Subneting

Subnet field và Host field đợc tạo ra từ phần Host gốc của toàn mạng Ngời quản trị mạng mợn các bít từ phần host gốc và gán chúng nh là subnet field Số bit tối thiểu có thể mợn là 2 Nếu bạn chỉ mợn 1 bit để tạo một mạng con, thì bạn chỉ có một chỉ số mạng là mạng 0, và chỉ số quảng bá là mạng 1 Số bit tối đa có thể mợn sao cho còn để lại ít nhất 2 bit cho chỉ số host.

Việc phân chia thành các mạng con có những u điểm sau:

♦ Xây dựng lại cấu trúc bên trong mà không làm ảnh hởng tới các mạng ngoài.♦ Nâng cao đợc tính bảo mật.

Ví dụ: xem Hình 1.13

♦ Địa chỉ IP bộ định tuyến : 149.108.0.0♦ Địa chỉ IP Network 1: 149.108.1.0♦ Địa chỉ IP Network 2: 149.108.2.0

Mạng Interne

Hình 1.13 Một ví dụ 2 mạng con

Network 1

Network 2 Router

24

1.5.4.4 Mặt nạ mạng con (Subnet Mask)

Nhiều mạng con kết nối với nhau dùng chung một địa chỉ IP phải sử dụng bộ định tuyến (Router) giữa chúng Bộ định tuyến phải thực hiện việc phân chia mạng con và biết có bao nhiêu bit của vùng Host đang đợc sử dụng cho các mạng con, tức là nó biết vùng địa chỉ Host đợc sử dụng bao nhiêu bit cho địa chỉ mạng con và phần còn lại địa chỉ host của các mạng con Thông tin này đợc Router trình bày nh một mặt nạ mạng con.

Mặt nạ mạng con không phải là một địa chỉ nhng nó xác định phần địa chỉ IP nào là network field và phần nào là host field Một subnet mask gồm 32 bit mà giá trị của nó đợc tính theo quy luật sau:

( subnet field) trong địa chỉ IP chứa các bit 1.

♦ Các bit trong mặt nạ mạng con ứng với các bit của Host number ( host field) trong địa chỉ IP chứa các bit 0.

• Địa chỉ Broadcast trực tiếp = 192.55.12.1270111 1000

Hình1.14 Mối quan hệ giữa mặt nạ mạng con và số lợng Host trong địa chỉ IP lớp B

Bảng 1.3 Biểu diễn mặt nạ mạng con lớp B (Mask)

numberHost number

A NetworkHostHHHSubnet numberHost numberSSS Subnet MaskS 11111111 11111111 111111110000 0000Hình 3.5 Biểu diễn mặt nạ mạng con

lớp B (Mask)

26

255.255.255.240 11111111 00000000 3.094 14

1.5.4.5 Một vài nhợc điểm của địa chỉ IP

Một trong các nhợc điểm chính là địa chỉ IP tham chiếu tới một nối kết chứ không tham chiếu tới một trạm Chính vì vậy khi một máy tính đợc tách ra khỏi một mạng và di chuyển sang mạng khác, nếu nối máy tính này vào mạng mới có địa chỉ IP khác mạng cũ thì sẽ có trục trặc và phải khai báo lại địa chỉ IP cho máy.

Một nhợc điểm nữa liên quan đến lớp C địa chỉ IP Trong lớp này một mạng có tối đa 255 trạm, nếu nh mạng phát triển và vợt ra ngoài giới hạn này thì phải chuyển đổi sang lớp địa chỉ khác Việc này gây ra một khó khăn và thờng dẫn đến việc phải dừng toàn bộ mạng, đổi địa chỉ của tất cả các trạm trong mạng.

Nhợc điểm thứ ba liên quan đến việc định tuyến Địa chỉ IP đợc dùng chủ yếu trong việc định tuyến Các gateway sẽ dùng địa chỉ IP để thực hiện các quyết định định tuyến cho các gói tin IP Nh ta đã biết một trạm mà có hai nối kết sẽ có hai địa chỉ IP Do đó đờng đi của gói tin IP trong mạng sẽ phụ thuộc vào địa chỉ IP Có thể với địa chỉ IP này gói tin sẽ tới đợc đích, còn với địa chỉ IP kia thì không Việc này là không thuận tiện vì ta thờng mong muốn rằng một trạm, một thực thể duy nhất, cần phải đợc nhận dạng duy nhất.

Ta hãy xem ví dụ đợc chỉ ra trong Hình 1.15

Trong Hình 1.15 trạm A và trạm B cùng nối với mạng 1 Chúng có thể truyền thông tin cho nhau trực tiếp qua mạng 1 Trạm A gửi dữ liệu tới trạm B có thể thông qua địa chỉ I4 Ngoài ra trạm A cũng có thể gửi dữ liệu tới B thông qua gateway G và dùng

I5Mạng 1

Mạng 2

Hình 1.15 Ví dụ một trạm có nhiều địa chỉ IP

địa chỉ I5 Giả thiết là nối kết của trạm B vào mạng 1 bị hỏng Khi đó nếu một ngời dùng trên trạm A dùng địa chỉ IP I4 để gửi thì dữ liệu sẽ không tới đợc đích Trong khi với ngời dùng khác dùng địa chỉ I5 thì lại gửi đợc

♦Gán địa chỉ động

Là phơng pháp gán địa chỉ IP cho thiết bị khi thiết bị kết nối mạng đồng thời sử dụng một server để cấp phát và quản lý các địa chỉ hiện thời.Phơng pháp này hiệu quả sử dụng địa chỉ IP cao và tự động trong việc cấp phát nhng lại khá phức tạp

Hình 1.16 Gán địa chỉ IP

1.5.6 Thứ tự byte và địa chỉ IP

Việc chuẩn hóa thứ tự byte là rất quan trọng bởi vì gói tin IP mang các giá trị nhị phân trong đó có địa chỉ đích và độ dài gói tin Các giá trị này cần phải đợc hiểu thống nhất đối với ngời nhận và cả ngời gửi Giao thức IP giải quyết vấn đề này bằng định

nghĩa một thứ tự byte chuẩn của mạng Thứ tự byte chuẩn đợc định nghĩa theo giao thức IP là thứ tự byte Endian lớn (Big Endian) Mỗi trạm gửi sẽ biến đổi thứ tự byte trên máy của mình về thứ tự byte chuẩn của mạng và truyền dữ liệu đi trên mạng, Sau đó trạm nhận lại biến đổi thứ tự byte của mạng về thứ tự byte của máy khi nhận dữ liệu.

1.5.7 Cấu trúc gói dữ liệu IP

IP là giao thức cung cấp dịch vụ truyền thông theo kiểu “không liên kết” (Connectionless) Phơng thức không liên kết cho phép cặp trạm truyền nhận không cần phải thiết lập liên kết trớc khi truyền dữ liệu và do đó không cần phải giải phóng liên kết khi không còn nhu cầu truyền dữ liệu nữa Phơng thức kết nối "không liên kết" cho phép thiết kế và thực hiện giao thức trao đổi dữ liệu đơn giản (không có cơ chế phát hiện và khắc phục lỗi truyền) Cũng chính vì vậy độ tin cậy trao đổi dữ liệu của loại giao thức này không cao.

Các gói dữ liệu IP đợc gọi là các Datagram.Nh một frame mạng vật lý, một datagram đợc chia thành vùng header và vùng dữ liệu Phần header cũng tơng tự frame, nó chứa địa chỉ nguồn cùng địa chỉ đích và một trờng type dùng định danh nội dung của datagram Sự khác nhau là header của datagram chứa địa chỉ IP còn header của frame chứa địa chỉ vật lý Hình sau mô tả dạng tổng quát của một datagram.

Hình 1.17 Datagram

Nếu địa chỉ IP đích là địa chỉ của một trạm nằm trên cùng một mạng IP với trạm nguồn thì các gói dữ liệu sẽ đợc chuyển thẳng tới đích, nếu địa chỉ IP đích không nằm trên cùng một mạng IP với máy nguồn thì các gói dữ liệu sẽ đợc gửi đến một máy trung chuyển, IP Gateway để chuyển tiếp IP Gateway là một thiết bị mạng IP đảm nhận việc lu chuyển các gói dữ liệu IP giữa hai mạng IP khác nhau Hình 1.18 mô tả cấu trúc gói dữ liệu IP.

Hình 1.18 Cấu trúc gói dữ liệu IP

♦ VERS (4 bits): Version hiện hành của IP đợc cài đặt.Gồm 4 bít, chứa đựng phiên bản của giao thức IP đợc dùng trong gói tin Trờng này đợc dùng để kiểm tra xem bên nhận, bên gửi, gateway trung gian có chấp nhận cấu trúc của gói tin hay không Tất cả các phần mềm IP đều phải kiểm tra trờng này để xem nó có khả năng xử lý đợc phiên bản này hay không Nếu nh phiên bản của gói tin khác với phiên bản mà nó có thể xử lý thì chơng trình sẽ không xử lý và báo lỗi.

♦ IHL (4 bits): Độ dài phần tiêu đề (Internet Header Length) của Datagram, tính theo đơn vị từ (32 bits) Nếu không có trờng này thì độ dài mặc định của phần tiêu đề là 5 từ.

♦ Type of service (8 bits): Trờng kiểu dịch vụ cho biết các thông tin về loại dịch vụ và mức u tiên của gói IP, có dạng cụ thể nh sau:

Trong đó:

Precedence (3 bits): chỉ thị về quyền u tiên gửi Datagram, cụ thể là:

 111 Network Control (cao nhất) 011- flash

D (Delay) (1 bit) : chỉ độ trễ yêu cầu.

R (Reliability) (1 bit): chỉ độ tin cậy yêu cầu.

♦ Total Length (16 bits): Trờng tổng độ dài chỉ độ dài toàn bộ Datagram, kể cả phần Header (tính theo đơn vị bytes), vùng dữ liệu của Datagram có thể dài tới 65535 bytes Trờng này gồm 4 bít chỉ ra độ dài của phần header của gói tin tính theo đơn vị số từ 32 bít Thông thờng độ dài của phần header là 20 bytes Phần header có độ dài tối thiểu là 5 từ 32 bít.

♦ Identification (16 bits) : Trờng nhận dạng cùng với các tham số khác nh (Source Address và Destination Address) tham số này dùng để định danh duy nhất cho một Datagram trong khoảng thời gian nó vẫn còn trên liên mạng.

♦ Flags (3 bits) : liên quan đến sự phân đoạn (Fragment) các Datagram Cụ thể là:

 Bit 0 : Reserved, cha sử dụng luôn lấy giá trị 0

1 (Don’t Fragment)

1 (More Fragment)

♦ Fragment Offset (13 bits) : chỉ vị trí của đoạn (Fragment) ở trong Datagram, tính theo đơn vị 64 bits, có nghĩa là mỗi đoạn (trừ đoạn cuối cùng) phải chứa một vùng dữ liệu có độ dài là bội của 64 bits.

♦ Time To Live (TTL-8 bits) : quy định thời gian tồn tại của một gói dữ liệu trên liên mạng để tránh tình trạng một Datagram bị quẩn trên mạng Giá trị này đợc đặt lúc bắt đầu gửi đi và sẽ giảm dần mỗi khi gói dữ liệu đợc xử lý tại những điểm trên đờng đi của gói dữ liệu (thực chất là tại các Router) Nếu giá trị này bằng 0 trớc khi đến đợc đích, gói dữ liệu sẽ bị huỷ bỏ.

Trờng TTL chỉ ra số đơn vị tính bằng giây một gói tin có thể tồn tại trong mạng Khi gửi một gói tin đi, bên gửi sẽ gán giá trị này trong mỗi gói tin Gateway và các trạm xử lý gói tin sẽ giảm trờng TTL đi một số thời gian và sẽ loại bỏ gói tin khi giá trị của trờng này bằng 0.

Việc tính toán thời gian cần giảm là tơng đối khó khăn Để đơn giản hóa gateway sẽ giảm trờng TTL đi 1 đơn vị mỗi khi nó xử lý một header của gói tin Ngoài ra để xử lý trờng hợp có sự trễ tại gateway, khi nhận một gói tin nó sẽ ghi lại thời điểm nhận và khi chuyển gói tin đi nó sẽ ghi lại thời điểm gửi Gateway sẽ trừ trờng TTL đi một giá trị bằng thời gian mà gói tin này ở lại trong gateway.

Khi trờng TTL bằng không, gateway sẽ loại bỏ gói tin và gửi thông báo lỗi về cho bên gửi Việc dùng TTL cho phép loại trừ khả năng một gói tin có thể tồn tại nội trong mạng ngay cả khi bảng chọn đờng của gateway gặp sự cố và gateway gửi gói tin bị lặp trong mạng.

♦ Protocol (8 bits): chỉ giao thức tầng kế tiếp sẽ nhận vùng dữ liệu ở trạm đích (hiện tại thờng là TCP hoặc UDP đợc cài đặt trên IP).

Redundancy Check) dùng để đảm bảo thông tin về gói dữ liệu đợc truyền đi một cách chính xác (mặc dù dữ liệu có thể bị lỗi) Nếu nh việc kiểm tra này thất bại, gói dữ liệu sẽ bị huỷ bỏ tại nơi xác định đợc lỗi Cần chú ý là IP không cung cấp một phơng tiện truyền tin cậy bởi nó không cung cấp cho ta một cơ chế để xác nhận dữ liệu truyền tại điểm nhận hoặc tại những điểm trung gian Giao thức IP

không có cơ chế kiểm soát lỗi (Error Control) cho dữ liệu truyền đi, không có cơ chế kiểm soát luồng dữ liệu (Flow Control).

♦ Source Address (32 bits): địa chỉ của trạm nguồn.♦ Destination Address (32 bits): địa chỉ của trạm đích.

♦ Option (có độ dài thay đổi) sử dụng trong một số trờng hợp, nhng thực tế chúng rất ít dùng Option bao gồm chức năng bảo mật, chức năng định tuyến đặc biệt

♦ Padding (độ dài thay đổi): vùng đệm, đợc dùng để đảm bảo cho phần Header luôn kết thúc ở một mốc 32 bits

♦ Data (độ dài thay đổi): vùng dữ liệu có độ dài là bội của 8 bits, tối đa là 65535 bytes.

1.5.8 Đóng gói dữ liệu

Cũng giống nh tất cả các mạng gói khác, các gói tin trong mạng IP cũng đợc bổ sung thêm các trờng tiêu đề ở đầu bản tin qua các lớp giao thức ở phía phát và đợc gỡ bỏ các trờng tiêu để này ở phía thu để xử lý Quá trình đó đợc gọi là đóng gói dữ liệu (encapsulation) Trong ngăn xếp giao thức TCP/IP gồm bốn lớp Tại mỗi lớp, các gói dữ liệu đợc gửi tới từ lớp trên sẽ đợc bổ sung thêm một tiêu đề tơng ứng mang các thông tin

User data

User dataApplication

Application dataTCP

TCP dataIP

IP dataEthernet

IP Datagram

Ethernet Frame

Hình 1.19 Đóng gói dữ liệu trong kiến trúc TCP/IP

điều khiển cần thiết cho lớp này Quá trình đóng gói dữ liệu đợc mô tả trong Hình 1.19 ở trên.

Các gói IP phải đợc nhúng trong các khung dữ liệu ở tầng liên kết dữ liệu tơng ứng trớc khi chuyển tiếp trong mạng Quá trình nhận một gói tin diễn ra ngợc lại Độ dài tối đa của một gói dữ liệu liên kết là MTU Khi cần chuyển một gói dữ liệu IP có độ dài lớn hơn MTU của một mạng cụ thể cần phải chia nhỏ gói dữ liệu IP đó thành những gói IP nhỏ hơn hoặc bằng MTU Quá trình này đợc gọi là phân mảnh (fragment) Trong phần tiêu đề của gói tin IP có thông tin về phân mảnh và xác định các mảnh có quan hệ phụ thuộc để hợp thành gói tin ban đầu tại phía thu.

1.5.9 Phân mảnh và hợp nhất các gói IP

Các gói dữ liệu IP phải đợc nhúng trong khung dữ liệu ở tầng liên kết dữ liệu ơng ứng, trớc khi chuyển tiếp trong mạng Quá trình nhận một gói dữ liệu IP diễn ra ng-ợc lại Ví dụ, với mạng Ethernet ở tầng liên kết dữ liệu, quá trình chuyển một gói dữ liệu diễn ra nh sau Khi gửi một gói dữ liệu IP cho mức Ethernet, IP chuyển cho mức liên kết dữ liệu các thông số địa chỉ Ethernet đích, kiểu khung Ethernet (chỉ dữ liệu mà Ethernet đang mang là của IP) và cuối cùng là gói IP Tầng liên kết số liệu đặt địa chỉ Ethernet nguồn là địa chỉ kết nối mạng của mình và tính toán giá trị Checksum Trờng type chỉ ra kiểu khung là 0x0800 đối với dữ liệu IP Mức liên kết dữ liệu sẽ chuyển khung dữ liệu theo thuật toán truy nhập Ethernet.

t-Một gói dữ liệu IP có độ dài tối đa 65536 byte, trong khi hầu hết các tầng liên kết dữ liệu chỉ hỗ trợ các khung dữ liệu nhỏ hơn độ lớn tối đa của gói dữ liệu IP nhiều lần (ví dụ độ dài lớn nhất của một khung dữ liệu Ethernet là 1500 byte) Vì vậy cần thiết phải có cơ chế phân mảnh khi phát và hợp nhất khi thu đối với các gói dữ liệu IP.

Độ dài tối đa của một gói dữ liệu liên kết là MTU (Maximum Transmit Unit) Khi cần chuyển một gói dữ liệu IP có độ dài lớn hơn MTU của một mạng cụ thể, cần phải chia gói số liệu IP đó thành những gói IP nhỏ hơn để độ dài của nó nhỏ hơn hoặc bằng MTU gọi chung là mảnh (Fragment) Trong phần tiêu đề của gói dữ liệu IP có thông tin về phân mảnh và xác định các mảnh có quan hệ phụ thuộc để hợp thành sau này.

Ví dụ: Ethernet chỉ hỗ trợ các khung có độ dài tối đa là 1500 byte Nếu muốn gửi một gói dữ liệu IP gồm 2000 byte qua Ethernet, phải chia thành hai gói nhỏ hơn, mỗi gói không quá giới hạn MTU của Ethernet.

IP dùng cờ MF (3 bit thấp của trờng Flags trong phần đầu của gói IP) và trờng Flagment Offset của gói IP (đã bị phân đoạn) để định danh gói IP đó là một phân đoạn và vị trí của phân đoạn này trong gói IP gốc Các gói cùng trong chuỗi phân mảnh đều có trờng này giống nhau Cờ MF bằng 1 nếu là gói đầu của chuỗi phân mảnh và 0 nếu là gói cuối của gói đã đợc phân mảnh.