IV. Địa chỉ IP
3. Cỏc lớp địa chỉ IP và cấu hỡnh địa chỉ IP
Cú 5 lớp địa chỉ IP để tạo cỏc mạng cú kớch thước khỏc nhau gồm: Lớp A, Lớp B, Lớp C, Lớp D, Lớp E. TCP/IP hỗ trợ gỏn địa chỉ lớp A, lớp B, lớp C cho cỏc trạm. Cỏc lớp này cú chiều dài phần NET ID và HOST ID khỏc nhau nờn số lượng Mạng và số lượng Trạm trờn mỗi mạng cũng khỏc nhau:
• Lớp A: Được gỏn cho cỏc Mạng cú kớch thước cực lớn. Trong lớp địa chỉ này Byte đầu tiờn xỏc định NET ID, Bit cao nhất của Byte này luụn được đặt là 0. 3 Byte cũn lại xỏc định Host ID. Do đú lớp A cú thể cấp cho 126 Mạng với 16.777.214 Trạm trờn mỗi Mạng.
• Lớp B: Được gỏn cho cỏc Mạng cú kớch thước vừa và lớn. Trong lớp địa chỉ này 2 Byte đầu tiờn xỏc định NET ID, 2 Bit cao nhất của Byte đầu tiờn luụn
được đặt là 1 0. 2 Byte cũn lại xỏc định Host ID. Do đú lớp B cú thể cấp cho 16.384 Mạng với 65.534 Trạm trờn mỗi Mạng.
• Lớp C: Được gỏn cho cỏc Mạng cú kớch thước nhỏ. Trong lớp địa chỉ này 3 Byte đầu tiờn xỏc định NET ID, 3 Bit cao nhất của Byte đầu tiờn luụn được đặt là 1 1 0. Byte cuối cựng xỏc định Host ID. Do đú lớp C cú thể cấp cho 2.097.152 Mạng với 254 Trạm trờn mỗi Mạng.
• Lớp D: Cỏc địa chỉ lớp này sử dụng cho Truyền Đa Hướng (Multicast). 1 nhúm Multicast cú thể chứa 1 hoặc nhiều Trạm. Trong lớp này 4 Bit cao nhất của Byte đầu tiờn luụn được đặt là 1 1 1 0, cỏc Bit cũn lại định nghĩa nhúm Multicast. Địa chỉ lớp D khụng được chia thành Net ID và Host ID. Cỏc gúi (Packets) Multicast được truyền tới 1 nhúm Trạm cụ thể và chỉ cú cỏc Trạm đăng kớ vào nhúm này mới nhận được gúi.
• Lớp E: Là lớp địa chỉ thực nghiệm, nú khụng được thiết kế cho mục đớch sử dụng chung. Lớp E được dự phũng cho cỏc ứng dụng tương lai. Cỏc Bit cao nhất của Byte đầu tiờn luụn được đặt là 1 1 1 1.
Cấu hỡnh địa chỉ IP:
My network Places → Properties → Local Area connection → Properties→ General → Internet Protocol → Use the follwing IP address→ Địa chỉ IP được đặt tai đõy→ OK
Như vậy ta đó đặt được địa chỉ IP cho mỏy.
Hỡnh 14 : Sự khỏc nhau giữa 3 Lớp địa chỉ A, B và C.
4. Subnet Mask
Để biết Trạm đớch thuộc Mạng cục bộ hay ở xa. Trạm nguồn cần 1 thụng tin khỏc. Thụng tin này chớnh là Subnet Mask. Subnet Mask là 1 địa chỉ 32 bit được sử dụng để che 1 phần của địa chỉ IP. Bằng cỏch này cỏc mỏy tớnh cú thể xỏc định đõu là Net ID và đõu là Host ID trong 1 địa chỉ IP. Mỗi Trạm trong mạng TCP/IP yờu cầu cú 1 Subnet Mask.Nú được gọi là Subnet Mask mặc định, nếu nú chưa được chia Subnet (và vỡ vậy nú chỉ cú 1 Subnet Đơn), và được gọi là Subnet Mask tựy ý nếu nú được chia thành nhiều Subnet
Vd: 1 số 32bit tiờu biểu cho 1 Subnet Mask mặc định được dựng bởi những Trạm đó cấu hỡnh với 1 địa chỉ lớp C (vd 192.168.20.50) là :
11111111 11111111 11111111 00000000 (255.255.255.0). Khi 1 trạm cú địa chỉ 192.168.20.50 gởi gúi tin đến địa chỉ 192.168.50.20. Đầu tiờn, Trạm sẽ thực hiện
phộp tớnh AND giữa Địa Chỉ cục bộ với Subnet Mask mặc định cục bộ. Bởi vỡ khi thực hiện phộp tớnh AND 2 số, bất kỡ số nào AND với 0 sẽ là 0, và AND với 1 sẽ là chớnh nú => khi AND 192.168.20.50 với 255.255.255.0 kết quả là 192.168.20.0. Mỏy trạm sau đú sẽ thực hiện phộp tớnh AND giữa Địa chỉ Đớch với Subnet Mask giống trờn. TCP/IP sau đú sẽ so sỏnh kết quả những giỏ trị từ 2 phộp tớnh AND. Nếu 2 giỏ trị đồng nhất thỡ Trạm TCP/IP kết luận đớch kia là trờn Subnet cục bộ. Nếu 2 giỏ trị khỏc nhau thỡ Trạm xỏc định đớch kia là ở xa.
Ta cũng cú 1 cỏch viết khỏc để xỏc định Subnet Mask là: Địa chỉ IP / Tiền tố Mạng
Tiền tố Mạng được xỏc định bằng cỏch cộng tất cả cỏc bit 1 trong d•y 32bit của Subnet Mask.
Vd: 192.168.5.10 cú Subnet Mask mặc định là 255.255.255.0.
Đổi qua số nhị phõn sẽ là 11111111 11111111 11111111 00000000. => Tổng cộng cú 24 bit 1. Vậy ta cú thể viết dưới dạng:
192.168.5.10 / 24
Bảng dưới đõy sẽ đưa ra những Subnet Mask mặc định cho cỏc Lớp Mạng:
5. Default Gateway
Khi 1 trạm trong TCP/IP cần truyền thụng tin với 1 Trạm trờn Mạng khỏc thỡ nú phải thụng qua 1 Router. Router được gắn nhiều Interface (vd Card Mạng) kết nối đến cỏc Mạng riờng biệt, Routing là quỏ trỡnh nhận những gúi IP tại 1 Interface và gởi những gúi này ra 1 Interface khỏc hướng về 1 đớch cuối cựng. Với 1 host được cấp trờn Mạng TCP/IP thỡ Default Gateway là địa chỉ của Router, nằm trong 1 phạm vi Broadcast, nú được cấu hỡnh để đưa những luồng IP đến Mạng khỏc. Khi 1 mỏy tớnh cố gắng truyền đạt thụng tin đến 1 trạm khỏc trờn Mạng IP, mỏy tớnh sẽ dựng SUBNET MASK để xỏc định Trạm đớch là Cục Bộ (Local) hay ở Xa (Remote). Nếu đớch là 1 trạm trờn 1 phõn đoạn Mạng Cục Bộ, mỏy tớnh sẽ đơn giản gởi 1 gúi tin đến Mạng Cục Bộ bằng cỏch truyền cho tất cả (Broadcast). Nếu đớch là 1 Trạm ở Xa, mỏy tớnh sẽ đưa gúi tin đến Default Gateway đó được xỏc định trong TCP/IP Properties. Router được ghi rừ tại địa chỉ Default Gateway sau đú sẽ chịu trỏch nhiệm đưa gúi tin đến Mạng 1 cỏch chớnh xỏc.
6. Chia Subnet
Những Subnet Mask được sử dụng bởi nhiều host để xỏc định đõu là phần chia của 1 địa chỉ IP được xem như là Net ID của địa chỉ đú.Lớp A, B và C sử dụng Subnet Mask mặc định được che lần lượt là 8, 16, 24bit tương đương với những địa chỉ 32bit. 1 Mạng cục bộ được định rừ bởi 1 Subnet Mask hay cũn gọi là 1 Subnet. Chia subnet là phương phỏp logic chia 1 địa chỉ mạng bằng cỏch tăng bit 1 sử dụng trong Subnet Mask của 1 Mạng. Phần mở rộng này cho phộp bạn chia nhiều Subnet bờn trong Mạng ban đầu.
+ 255.255.0.0 là Subnet Mask mặc định được sử dụng cho những host bờn trong lớp B , vớ dụ như 131.107.0.0, thỡ 2 địa chỉ 131.107.1.11 và 131.107.2.11 là giống Subnet. Và những host trong Net này liờn lạc với nhau bằng cỏch gởi gúi tin
Broadcast. Nhưng khi Subnet Mask được tăng thờm thành 255.255.255.0 thỡ rừ ràng 2 địa chỉ 131.107.1.11 và 131.107.2.11 là khỏc Net. Thỡ những host này muốn liờn lạc với nhau thỡ phải gởi 1 gúi tin IP đến Default Gateway, cỏi mà nú chịu trỏch nhiệm routing những gúi dữ liệu đến Subnet Đớch.
+ Trong khi ban đầu địa chỉ lớp B khi chưa chia Subnet cú 65.534 host thỡ Subnet Mask mới được cấu hỡnh như hỡnh bờn dưới cho phộp bạn chia thành 256 Subnet với 254 host trờn 1 subnet.
+ Ưu điểm của việc chia Subnet là khi chia xong những phõn đoạn con cú thể trải rộng trờn nhiều phõn đoạn vật lý (vd mạng cú thể gồm 2 phõn đoạn là Ethernet và Token Ring). Tuy nhiờn ưu điểm chớnh là giảm lưu lượng mạng vỡ khi chia Subnet thỡ lưu lượng cỏc gúi tin Broadcast khụng làm ảnh hưởng đến toàn mạng do Router giữa cỏc mạng sẽ chặn cỏc gúi tin Broadcast.
Xỏc định Tổng số Host trờn 1 Mạng bằng cỏch ta lấy 2 lũy thừa số bit làm Host ID sau đú trừ cho 2.
Hỡnh 16 : Mụ hỡnh chia Subnet.
Hỡnh 16 : Mụ hỡnh chia Subnet.
Vớ dụ : 192.168.1.0 thuộc lớp C nờn mặc định sẽ cú 24bit làm Net ID (192.168.1.0/24) và 8bit làm Host ID. Vậy Tổng số Host : 2 lũy thừa 8 –2 = 254 Host
Xỏc định Tổng số Subnet bằng cỏch ta lấy 2 lũy thừa số bit mở rộng thờm vào Net ID.
Vớ dụ : 172.16.0.0 . Thuộc lớp B nờn cú 16bit làm Net ID(172.16.0.0/16) và 16bit làm Host ID. Do Net ID chưa mở rộng bit nào nờn số bit mở rộng = 0 , vậy Tổng số Subnet = 2 lũy thừa 0 = 1 Subnet
Vậy nếu 172.16.0.0 viết dưới dạng 172.16.0.0/20. Vậy cú nghĩa số bit làm Host ID là 12 và số bit mở rộng thờm vào Net ID là 4.
=> Tổng Số Host : 2 lũy thừa 12 –2 = 4094 Hosts => Tổng Số Subnet : 2 lũy thừa 4 = 16 Subnets
Xỏc định số Host trờn mỗi Subnet: Tớnh tổng số Host trờn 1 Subnet giống như tớnh tổng số Host trờn 1 Mạng. Khi 1 địa chỉ Mạng đó được chia Subnet. Thỡ tổng số Host trờn mỗi Subnet sẽ là 2 lũy thừa x -2 với x là số bit làm Host ID. Ước lượng phạm vi địa chỉ Subnet: Bằng cỏch sử dụng Kớ Hiệu Thập Phõn Dấu Chấm, ta cú thể ước lượng được phạm vi của những địa chỉ IP trờn mỗi Subnet đơn giản bằng cỏch ta lấy 256 trừ cho giỏ trị bộ 8 thớch hợp trong Subnet Mask.
Vớ dụ 1: 1 Net thuộc lớp C cú địa chỉ 192.168.5.0 với Subnet Mask là 255.255.255.192. Ta lấy 256-192 = 64, Vậy kết quả mỗi phạm vị địa chỉ Subnet
của Mạng được nhúm trong khoảng 64: 192.168.5.0 – 192.168.5.63, 192.168.5.64 – 192.167.5.127 , .v.v…
Vớ dụ 2: 1 Net thuộc lớp B cú địa chỉ 172.16.0.0 với Subnet Mask là 255.255.255.240. Ta lấy 256-240 = 16. Bởi vậy, mỗi phạm vi địa chỉ Subnet được nhúm 16 ở vị trớ thứ 3 và thớch hợp bộ 8. Nhưng trỏi lại vị trớ thứ 4 của bộ 8 cú phạm vi từ 0-255: 172.16.0.0 – 172.16.15.255, 172.16.16.0 – 172.16.31.255, … Lưu ý rằng cú 2 địa chỉ khụng được dựng để cấp cho Host là địa chỉ mạng (tất cả cỏc bit trong phần Host ID đều là 0) và địa chỉ Broadcast (tất cả cỏc bit trong phần Host ID đều là 1)
7. Supernetting
Để ngăn sự cạn dần cỏc Net ID của lớp A,B. Cỏc nhà điều hành Internet đó sắp đặt 1 sơ đồ gọi là Supernetting. Supernetting sẽ cho phộp nhiều Net gom thành 1 Net. Supernetting đưa ra nhiều thuận lợi hiệu quả cho việc đặt địa chỉ cho cỏc Net.
Vớ dụ , giả sử 1 tổ chức cần cung cấp khoảng 2000 Trạm. Con số này là quỏ lớn đối với 1 lớp C (chỉ cú thể cấp cho 254 trạm). Tuy nhiờn 1 Net thuộc lớp B cú thể cấp tới 16384 Net với 65534 Trạm trờn mỗi Net và con số này cũng sẽ nhanh chúng giảm bớt. Bởi vậy nú ko thiết thực để 1 ISP (Internet Service Provider) cấp 1 Net lớp B vỡ nhu cầu tổ chức kia chỉ chiếm 3% trong tổng số IP của 1 Net trong lớp B , cú nghĩa là lóng phớ mất 63534 địa chỉ. Bằng cỏch sử dụng Supernetting, 1 ISP cú thể cấp 1 khối những địa chỉ lớp C (1 Net cú 254 Hosts) mà nú được xem như 1 Mạng độc lập ở đõu đú giữa lớp B và lớp C. Trong vớ dụ này, 1 khối gồm 8 Net thuộc lớp C cú thể đỏp ứng nhu cầu tổ chức kia bằng cỏch cấp 2032 host.
Supernetting khỏc với Chia Subnet ở chỗ là Supernetting mượn những Bit ở Net ID đem qua làm Host ID. Vớ dụ, giả sử 1 ISP đó cấp cho bạn 1 khối gồm 8 Net lớp C từ 207.46.168.0 dến 207.46.175.0. Gỏn 1 Subnet Mask là /21 (mặc định là /24) đến
cỏc Router tại ISP và đến tất cả cỏc host nằm trong tổ chức của bạn, kết quả là tất cả cỏc mỏy đều thấy nhau như là 1 Net bởi vỡ nhờ vào Net ID bị rỳt ngắn phỏt sinh từ subnet mask là /24, phần Net ID của toàn bộ 8 địa chỉ này bõy giờ được nhỡn thấy như là duy nhất.
Hỡnh 17 : Supernetting.
8. CIDR (Classless Inter-Domain Routing –Định tuyến liờn vựng khụng phõn lớp ) : lớp ) :
CIDR là một phương phỏp hiệu quả để tớnh toỏn cỏc supernet bờn trong những bảng định tuyến. Nếu khụng dung CIDR, những bảng định tuyển sẽ ghi vào mụt mục riờng để xủ lý mạng nguyờn bản trong supernet. CIDR cho phộp toàn bộ supernet được xử lý bằng một mục duy nhất. Hỡnh bờn dưới sẽ cho ta thấy rừ điều này :
Hỡnh 18 : Định tuyến liờn vựng khụng phõn lớp.
Trỏi với phương phỏp phõn lớp, CIDR sủ dụng Kớ Hiệu Nhị Phõn nghĩa là tất cỏc địa chỉ IP và Subnet Mask được chuyển đổi thành 0 và 1 tạo nờn 32 giỏ trị thay vỡ 4 giỏ trị như ban đầu (vớ dụ: 172.16.2.2 -> 10101100 00010000 00000100 00000010). Cấu trỳc này cho kớch thước mạng linh hoạt hơn và tối ưu việc gỏn địa chỉ IP.
Vớ dụ: 10.217.123.7 chuyển sang Nhị Phõn ta được 00001010 11011001 01111011 00000111. Làm tương tự với subner mask chảng han là 255.255.240.0 ta được 11111111 11111111 11110000 00000000. Sau đú ta sẽ AND hai giỏ trị thập phõn vừa chuyển để tớnh phõn NetID. Vậy ta được 00001010 11011001 01110000 00000000 , sau đú chuyờn sang hệ Thập Phõn ta được 10.217.112.0. ta cộng tất cả cỏc bit lại cuối cựng ta được 10.217.112.0/20.
Phương phỏp CIDR luụn cần cả địa chỉ IP và Subnet mask để xỏc định được 1 địa chỉ bất kỡ cựng mạng hay khỏc mạng.
9. Variable-Length Subnet Masks (Subnet Mask cú chiều dài thay đổi):
Thộo cỏch truyền thống thỡ 1 Subnet Mask đơn được chia sẻ qua mụi host và router trong một tổ chức. Khi một Subnet Mask đơn được chia sủ dụng khắp toàn bộ mạng, mạng cú thể bị hỏng bờn trong những subnet vỡ những subnet này cú cựng số host bới vỡ nú dung subnet giống nhau. Điều này khụng hiệu quả. Tuy nhiờn với Variable- Length Subnet Masks (VLSMs) thỡ cac router trong một tổ chức cú thể quản lý những Subnet Mask khỏc nhau. Thụng thường nhất, VLSMs được dựng để cho phộp tự cỏc Subnets chia thành subnet nhở hơn, hay núi cỏch khỏc, VLSMs cũn gọi là “Chia subnet tron subnet lớn hơn” để tõn dụng tối đa địa chỉ IP.
V. Cỏc giao thức và khuụn dạng dữ liệu tương ứng
Trong phần này ta sẽ xem xột cỏc giao thức cũng như khuụn dạng dữ liệu chớnh của bộ giao thức TCP/IP. Để dễ phõn biệt ta sẽ xem xột đối với từng tầng của TCP/IP theo thứ tự từ dưới lờn trờn.
1. Giao thức Tầng Liờn kết (Link Layer )
Giao thức Ethernet
Là giao thức nằm trong tầng liờn kết hay là một chuẩn cụng nghệ dành cho mạng cục bộ (LAN) được quy định trong IEEE 802.3. Nú là một giao thức nằm trong tầng liờn kết của bộ giao thức TCP/IP hay tương ứng là tầng liờn kết dữ liệu trong mụ hỡnh OSI. Hiện nay nú đang được sử dụng rất rộng rói so với cỏc giao thức khỏc như FDDI, Token Ring…Ethernet được dựng để gửi những khối dữ liệu giữa điểm nguồn và điểm đớch được xỏc định dựa vào địa chỉ MAC (Media Access Control). Đặc điểm của giao thức Ethernet
Cấu trỳc của một đơn vị dữ liệu trong giao thức Ethernet (gọi là Ethernet frame) cú cấu trỳc như sau: (đơn vị tớnh theo byte).
PRE SOF DA SA Length/Type Data
Payload FCS
7 1 6 6 2 46-1500 4
Hỡnh 19 : Ethernet frame
Header
• Preamble (PRE): Phần mở đầu gồm 7 byte và khụng được tớnh vào kớch thước của Ethernet. Tất cả cỏc byte trong phần mở đầu này đều cú giỏ trị 10101010 và nú được dựng để đồng bộ đồng hồ giữa nơi nhận và gửi frame.
• SOF (Start frame delimiter) gồm 1 byte và khụng được tớnh vào kớch thước của Ethernet. Byte này cú giỏ trị 101010111 và được sử dụng để đỏnh dấu bắt đầu của một frame. Đối với những hệ thống Ethernet hiện nay hoạt động ở tốc độ 100 Mbps hoặc 1000Mbps khụng cũn cần tới PRE và SOF.
• DA (Destination Address) cú độ dài 6 byte là địa chỉ nơi MAC của Ethernet card nơi đến. Ở chế độ hoạt động bỡnh thường Ethernet chỉ tiếp nhấn những frame cú địa chỉ nơi đến trựng với địa chỉ (duy nhất) của nú hoặc địa chỉ nơi đến thể hiện một thụng điệp quảng bỏ. Tuy nhiờn hầu hết cỏc Ethernet card hiện nay đều cú thể được đặt ở chế độ đa hỗn tạp (promiscuous mode) và khi đú nú sẽ nhận tất cả cỏc frame xuất hiện trong mạng LAN.
• SA (Source Addresss) cú độ dài 6 byte là địa chỉ MAC của card nguồn. • Length/Type (Độ dài/Loại) 2 byte chỉ ra độ dài (đối với IEEE 802.3 MAC
frame) và loại của Ethernet frame chỉ giao thức của tầng cao hơn (đối với DIX Ethernet.(DEC- Intel – Xerox) – phổ biến hơn). Vớ dụ như với DIX
Ethernet frame cú giao thức tầng trờn là IP thỡ 2 byte này sẽ cú giỏ trị là 0800h và ARP là 0806h.
• Data Payload: Phần thụng tin dữ liệu cú độ dài từ 46 tới 1500 byte.