Bất cứ khi nào một giao diện được khởi tạo (thụng thường khi địa chỉ của giao diện đú được thiết lập bởi lệnh ifconfig command) thỡ một tuyến trực tiếp được tạo ra tự động cho giao diện đú. Đối với cỏc liờn kết điểm-điểm và giao diện loop back thỡ tuyến này là đến một host, đối với cỏc giao diện broadcast thỡ tuyến này là đến một mạng.
Cỏc tuyến đến cỏc host hay cỏc mạng khụng được kết nối trực tiếp thỡ phải đưa vào trong bảng định tuyến. Một cỏch phổ biến để thực hiện nú là sử dụng lệnh route command từ cỏc file khởi tạo khi hệ thống được mồi. Một số hệ thống cho phộp một router mặc định được xỏc định trong một file và mặc định này được bổ sung vào bảng
định tuyến bất cứ khi nào khởi tạo lại nú. Một cỏch khỏc để khởi tạo bảng định tuyến là chạy routing daemon hay sử dụng giao thức khỏm phỏ tuyến mới hơn.
Hỡnh 1.23 Bảng định tuyến
1.6.4 Thụng bỏo lỗi tỏi định tuyến ICMP
Thụng bỏo lỗi tỏi định tuyến ( ICMP redirect error ) là thụng bỏo được router gửi cho phớa phỏt IP datagram khi datagram này nờn được gửi đến một router khỏc. Chỳng ta chỉ thấy bản tin này khi một host cú sự lựa chọn giữa cỏc router để gửi packet đi.
Hoạt động này được minh hoạ rất rừ trong vớ dụ sau.
Hỡnh 1.24 Vớ dụ của một ICMP redirect
♦ Giả thiết rằng host gửi một datagram tới R1, quyết định định tuyến này được tạo ra vỡ R1 là router mặc định cho host này.
♦ R1 thu datagram và tra cứu bảng định tuyến, nú quyết định rằng R2 là next-hop router để gửi datagram đến R2 thỡ R1 phỏt hiện ra rằng nú đang gửi datagram tới giao diện mà nú được đưa đến. Đõy chớnh là cơ sở để một router gửi thụng bỏo ‘ICMP redirect ‘tới phớa phỏt.
(1)IP datagram (3) ICMP redirect (2)IP datagram final destination host R1 R2
♦ R1 gửi thụng bỏo‘ICMP redirect ‘tới phớa phỏt để bảo nú gửi cỏc datagram sau
đến cựng đớch qua R2 thay vỡ R1.
Nhờ hoạt động này mà một host với nhận thức tối thiểu vềđịnh tuyến cú thể xõy dựng bảng định tuyến ngày càng tốt hơn. ‘ICMP redirect ‘ cho phộp cỏc host TCP/IP khụng hề tham gia vào định tuyến với tất cả cỏc chức năng này thuộc về router. Thụng thường R1 và R2 phải biết nhiều hơn về cấu hỡnh mạng được kết nối, nhưng tất cả cỏc host cú thể khởi đầu với một tuyến mặc định và sẽ học được nhiều hơn khi chỳng thu cỏc thụng bỏo ‘ICMP redirect ‘.
1.6.5 Cỏc bản tin khỏm phỏ router ICMP
Như đó đề cập đến trước đõy, một cỏch để khởi tạo bảng định tuyến là sử dụng cỏc tuyến cố định được xỏc định trong cỏc file cấu hỡnh. Nú thường được sử dụng để
thiết lập một thực thể mặc định. Cỏch mới hơn là sử dụng cỏc bản tin thụng bỏo về
router ICMP gọi là cỏc bản tin khỏm phỏ router ICMP .
Sau khi mồi (bootstrapping) một host thực hiện broadcast hoặc multicast bản tin ‘router solicitation’. Cỏc router nhận được bản tin này sẽ trả lời bằng bản tin thụng bỏo router ‘router advertisment’ của chỳng. Ngoài ra cỏc router cũn broadcast hoặc multicast cỏc thụng bỏo router của chỳng một cỏch định kỳ, do đú cho phộp host bất kỳ
nghe để cập nhật bảng định tuyến của nú. Định dạng của hai loại bản tin này được mụ tả dưới đõy trong Hỡnh 1.25 và Hỡnh 1.26.
♦ Rất nhiều địa chỉ cú thể được thụng bỏo bởi một router trong một bản tin đơn và sốđịa chỉ này được chứa trong trường số lượng địa chỉ ‘number of address’.
♦ Trường kớch thước thực thể địa chỉ ‘address entry size’ luụn cú giỏ trị là 2 tương
ứng với 32 bit.
♦ Trường thời gian sống ‘life time’ chỉ ra thời gian tớnh theo giõy mà cỏc địa chỉ được thụng bỏo là hợp lệ.
♦ Một số cỏc cặp (địa chỉ IP và mức ưu tiờn) được xếp sau cỏc trường trờn. Trường mức ưu tiờn ‘preference level’ là một số nguyờn khụng dấu 32bit chỉ ra mức ưu tiờn của địa chỉ tương ứng.
Hoạt động của một router như sau.
Khi một router khởi đầu, nú phỏt đi cỏc thụng bỏo theo định kỳ đến tất cả cỏc giao diện cú khả năng broadcast hoặc multicast. Cỏc thụng bỏo này khụng phải là định kỳ chớnh xỏc mà được phỏt ngẫu nhiờn để trỏnh tỡnh trạng nhiều router trờn cựng mạng con cựng phỏt. Khoảng thời gian thụng thường giữa cỏc lần thụng bỏo là 450 và 600 giõy, thời gian sống mặc định cho một thụng bỏo là 30 phỳt.
Khi một giao diện trờn một router khụng được phộp thỡ router cú thể phỏt một thụng bỏo cuối cựng trờn giao diện này với trường ‘life time’ được lập là 0. Cỏc router cựng nghe thụng bỏo ‘solicitation’ từ cỏc host và trả lời bằng bản tin ‘advertisment’.
Nếu cú nhiều router trờn một subnet nhà quản lý hệ thống phải cấu hỡnh mức ưu tiờn cho mỗi router một cỏch phự hợp.
0 7 8 15 16 31
Type(10) Code(0) checksum
Unused(0)
Hỡnh 1.25 Định dạng của bản tin ICMP ‘router solicitation’
Type(9)
Code(0) checksum
Number of address
Address
entry size Life time
Router address(1) Preference level(1) Router address(2) Preference level(2) . .
Hỡnh 1.26 Định dạng của bản tin ICMP ‘router advertisment’
Hoạt động của một host diễn ra như sau.
Ngay khi mồi một host thụng thường phỏt liền 3 bản tin’solicitation’. Ngay khi thu được bản tin’advertisment’ hợp lệ thỡ host ngừng gửi cỏc bản tin ‘solicitation’. Mỗi host cựng nghe thụng bỏo từ cỏc router kế cận, cỏc thụng bỏo ‘advertisment’cú thể làm thay đổi router mặc định của host đú. Nếu thụng bỏo ‘advertisment’khụng được thu cho mặc định hiện tại thỡ mặc định này bị timeout. Ngay khi router mặc định thụng thường
được xỏc định thỡ nú sẽ gửi thụng bỏo’ advertisment’ cứ 10 phỳt một lần với thời gian sống là 30 phỳt. Điều này giỳp cho thực thể mặc định của host sẽ khụng bị timeout nếu chỉ một hoặc hai thụng bỏo advertisment bị mất.
1.7 IPv6
Cú một số vấn đề với IPv4 hiện tại, chỳng là kết quả của việc tăng trưởng nhanh chúng của Internet trong những năm qua.
♦ Quỏ nửa số địa chỉ lớp B đó được sử dụng, nú sẽ bị cạn kiệt nếu tiếp tục tăng trưởng như trong quỏ khứ
♦ 32bit địa chỉ IP là khụng đủ cho sự tăng trưởng của Internet trong thời gian dài.
♦ Cấu trỳc định tuyến hiện tại là khụng phõn cấp mà là phẳng, yờu cầu một bảng
định tuyến cho một mạng. Khi số mạng tăng lờn và rất nhiều địa chỉ lớp C được thay thế cho một địa chỉ lớp B thỡ kớch thước bảng định tuyến sẽ tăng.
Cú bốn đề xuất được đưa ra cho một phiờn bản mới của IP là IP next- generation.
♦ SIP - single IP: Nú đề nghị một số thay đổi đối với IP, sử dụng 46bit địa chỉ và một định dạng tiờu đề khỏc.
♦ PIP: Đề nghị này cũng sử dụng địa chỉ phõn cấp, độ dài biến đổi và lớn hơn với một định dạng tiờu đề khỏc.
♦ TUBA - TCP and UDP with bigger address, dựa trờn giao thức mạng phi kết nối,một giao thức OSI tương tự như IP. Nú cung cấp địa chỉ lớn hơn, độ dài biến
đổi cú thể lờn đến 20byte.
♦ TP/IX được mụ tả trong RFC1475, nú sử dụng 64bit địa chỉ IP nhưng cũng biến
đổi tiờu đề TCP, UDP với 32bit số cổng cho cả hai giao thức, 64bit số ACK, 32bit cửa sổ cho TCP .
Mặc dự dựđoỏn về sự cạn kiệt địa chỉ IP vào cuối những năm 90s đó khụng xảy ra nhưng IETF vẫn nghiờn cứu về một phiờn bản mới của IP để khắc phục nhược điểm của IPv4.
Một số thiếu sút của IPv4 và cỏc yờu cầu đó được đưa ra.
♦ Khụng gian địa chỉ quỏ nhỏ, cần một khụng gian địa chỉ lớn hơn.
♦ Kớch thước bảng định tuyến: Số cỏc mạng trong Internet và cỏc bảng định tuyến tương ứng ngày càng lớn. Một khụng gian địa chỉ lớn cho phộp tạo ra phõn cấp mềm dẻo, ý tưởng của CIDR là tập hợp nhiều thực thể mức thấp vào một thực thể
mức cao.
♦ Tớnh đơn giản: IPv4 dường như quỏ phức tạp với cỏc phõn mảnh, xử lý cỏc tuỳ
chọn, cấu hỡnh.
♦ Hiệu năng: Cỏc bảng định tuyến lớn, phõn mảnh và xử lý cỏc lựa chọn gúp phần làm tăng trễ.
♦ Dễ cấu hỡnh: Thiết bị IPv4 phải được cấu hỡnh với địa chỉ IP hợp lệ hay sử dụng DHCP để lấy ra một địa chỉ IP từ một server.
♦ Bảo mật
♦ Khả năng mở rộng là khả năng để bổ sung cỏc chức năng và đặc tớnh mới mà khụng yờu cầu sự kiểm tra kỹ lưỡng của cỏc giao thức đang tồn tại .
♦ Cựng tồn tại: Cú thể núi rằng thiết bị IPv4 và cỏc ứng dụng sẽ cựng tồn tại với chỳng ta mói mói, một phiờn bản mới bất kỳ của IP phải hợp tỏc và cựng tồn tại với IPv4.
Cựng với yờu cầu trờn và nỗ lực của cỏc kỹ sư mạng đó cho ra đời phiờn bản mới của IP gọi là IPv6. Nú khụng khỏc nhiều so với hoạt động tổng thể của IPv4, mạng vẫn
được gỏn một địa chỉ mạng, IPv6 vẫn chuyển phỏt cỏc gúi theo cỏch phi kết nối, cỏc router vẫn chạy cỏc giao thức định tuyến, một thiết bị mới phải được cấu hỡnh vào một
địa chỉ IPv6 hợp lệ…IPv6 được xem là một phiờn bản đơn giản hơn, hiệu quả hơn củaIP.
Cỏc chức năng và đặc tớnh của IPv6
♦ Khụng gian địa chỉ 128bit.
♦ Khả năng định tuyến tăng cường cải thiện hiệu năng và điều khiển định tuyến, mềm dẻo trong việc tạo ra phõn cấp địa chỉ nhờ khụng gian địa chỉ lớn. Định tuyến nguồn hiệu quả hơn khi sử dụng định tuyến tiờu đề mở rộng. Sự tồn tại của trường ‘label’ trong tiờu đề cho phộp cỏc gúi của một luồng được xỏc định cho một xử lý đặc biệt. Khụng gian địa chỉ multicast lớn hơn và bao gồm một trường hiển thịđể hạn chế một cỏch hiệu quả một vựng truyền dẫn multicast. Phõn mảnh bị ngăn cấm trong cỏc router, việc xử lý cỏc tuỳ chọn rừ ràng hơn và giảm bớt gỏnh nặng cho router trung gian. Cỏc địa chỉ anycast được định nghĩa sao cho cỏc gúi được chuyển đến giao diện gần nhất cú thể.
♦ Định dạng tiờu đềđơn giản hơn IPv4 .
♦ Cải thiện hỗ trợ tuỳ chọn: Phần mở rộng của tiờu đề IPv6 được mó hoỏ vi sai nờn cho phộp hiệu năng tốt hơn, mềm dẻo hơn đểđưa ra cỏc mở rộng tương lai.
♦ Nhón luồng: Một nguồn cần dỏn nhón cỏc gúi của một luồngđặc biệt. Luồng này yờu cầu dịch vụ hay xử lý đặc biệt bởi cỏc router trung gian, nú sẽ đơn giản hoỏ việc xử lý phõn loại gúi ở cỏc router .
♦ Cỏc mỏy chuyển tiếp là cỏc mỏy cựng tồn tại và hợp tỏc với cỏc host và router IPv4.
IPv6 header cú độ dài 40byte, cỏc trường của nú bao gồm:
♦ Version 4bit
♦ Traffic class là byte DS (diff Serv) cho cỏc gúi IPv6.
♦ Flow class là giỏ trị khỏc 0 được gửi bởi nguồn để xỏc định cỏc gúi của cựng một luồng, luồng này yờu cầu dịch vụ hay xử lý đặc biệt.
♦ Payload length định nghĩa độ dài theo octet của tải và phần mở rộng tiờu đề.
♦ Next-header định nghĩa loại tiờu đề ngay sau nú, nú cú thể là phần mở rộng, tiờu
đề lớp vận tải hay tải dữ liệu.
♦ Hop limit cựng chức năng với TTL trong IPv4.
0 31 4bit version 8bit traffic class 20bit flow label 16bit payload length 8bit next-header 8bit hop-limit 128bit Source IP address 128bit Destination IP address Extension header Hỡnh 1.27 IPv6 header IPv6 header Next-header =routing header Routing header Next-header =fragment Fragment header Next-header =TCP TCP +payload
Hỡnh 1.28 IPv6 extension header
Sau 40byte bắt buộc của tiờu đề và trước dữ liệu thực sự cú thể cú một số mở
rộng tiờu đề tương tự như cỏc tuỳ chọn trong IPv4, nú chứa thụng tin về xử lý đặc biệt mà gúi yờu cầu. Phần lớn mở rộng chỉđược xử lý bởi đớch chứ khụng phải ở cỏc router trung gian, do đú hiệu năng tốt hơn. Nội dung của phần mở rộng được định nghĩa trong phần next-header.
1.8 Cỏc giao thức khỏc của lớp Internet
Đó cú địa chỉ IP của trạm nguồn và trạm dớch nhưng gúi IP đi theo đường nào để
tới đớch. ở từng chặng (hop) cỏc router làm nhiệm vụ chọn đường hay định tuyến cho cỏc gúi. Để việc chọn đường được thực hiện tốt thỡ router phải cú thụng tin về cỏc tuyến, cỏc chặng và tỡnh trạng của mạng núi chung. Cỏc giao thức định tuyến được dựng để cập nhật những thụng tin đú cho router.
Đó cú rất nhiều giao thức định tuyến được phỏt triển cho cỏc mạng IP, cú thể
chia làm hai loại chớnh là định tuyến theo trạng thỏi kờnh (link-state routing) và định tuyến theo vộc tơ khoảng cỏch (distance-vector routing).
Với cỏc giao thức định tuyến, mạng được kết cấu tốt cú khả năng tự vượt qua cỏc tắc nghẽn cục bộ, phản ứng nhanh với cỏc tỡnh huống xảy ra; tức là cú độ tin cậy cao.
Cỏc địa chỉ IP chỉ là cỏc địa chỉ logic được dựng ở tầng mạng để chọn đường đi từđầu cuối. Tuy nhiờn trờn từng chặng, hai mỏy chỉ cú thể liờn lạc với nhau khi biết địa chỉ vật lớ của nhau (địa chỉ MAC). Như vậy vấn đề đặt ra là thực hiện ỏnh xạ giữa địa chỉ IP và địa chỉ MAC (48 bit) của một trạm. Giao thức ARP được xõy dựng để chuyển
đổi từđịa chỉ IP sang địa chỉ vật lớ khi cần thiết.
Cũn giao thức RARP được dựng trong trường hợp ngược lại. Cả giao thức ARP và RARP đều khụng thuộc IP, nhưng được IP dựng đến khi cần.
Một giao thức khỏc cũng liờn quan tới IP, đú là ICMP. Giao thức này thực hiện truyền cỏc thụng bỏo điều khiển (về tỡnh trạng lỗi trờn mạng,...) giữa cỏc gateway hoặc trạm của liờn mạng. Lỗi cú thể là một datagram khụng được gửi tới đớch, hay một router hết bộ nhớ đệm ... Một thụng bỏo IMCP được tạo và chuyển cho IP. IP sẽ bọc thụng bỏo đú với một IP header và chuyển đến cho router khỏc hoặc trạm đớch.
1.8.1Giao thức phõn giải địa chỉ ARP
1.8.1.1 Giới thiệu
Địa chỉ IP chỉ là địa chỉ logic, cỏc mạng vật lý cú địa chỉ riờng của mỡnh là địa chỉ phần cứng. Một mạng vật lý cú thể sử dụng nhiều lớp mạng khỏc nhau tại cựng thời
điểm. Đối với một frame Ethernet thỡ nú được gửi từ một host đến host khỏc trờn một LAN, nú sử dụng địa chỉ vật lý 48bit để quyết định giao diện mà fragment được gửi
đến. Giao thức phõn giải địa chỉ (ARP) cung cấp cỏch để biờn dịch địa chỉ IP để thu
được địa chỉ vật lý và ngược lại.
Cỏc phần tử (host, router, server...) sử dụng địa chỉ IP để trao đổi thụng tin cho nhau trong mụi trường mạng hoặc liờn mạng. Cú nghĩa là chỳng phải biết địa chỉ IP của nhau.Xột trong mụi trường đơn mạng, gúi tin IP sẽ được đúng thành khung cú địa chỉ
MAC.Nếu khụng biết đia chỉ MAC đớch thỡ chỳng sẽđặt giỏ trịđịa chỉ MAC là FF-FF- FF-FF-FF-FF. Điều này sẽ làm tăng lưu lượng trong một miền broadcast domain.
Chức năng của giao thức ARP là cho phộp cỏc phần tử xõy dựng bảng ỏnh xạ IP sang MAC
ARP RARP 32bit địa chỉ IP
Hỡnh 1.29 ARP và RARP
Hỡnh 1.30 Cỏc bảng ARP
ARP cung cấp cỏch sắp xếp động địa chỉ IP vào địa chỉ phần cứng tương ứng, ở đõy gọi là ‘động’ vỡ nú xảy ra tự động và thường khụng quan tõm đến người sử dụng hay nhà quản lý hệ thống. RARP được sử dụng bởi cỏc hệ thống khụng đĩa nhưng yờu cầu cấu hỡnh bằng tay bởi cỏc nhà quản lý.
1.8.1.2 Hoạt động của ARP
Mỗi giao diện mạng cú một địa chỉ phần cứng, cỏc frame được chuyển mạch tại mức phần cứng phải được đỏnh địa chỉđến một giao diện, nhưng TCP/IP làm việc với
địa chỉ IP của nú. Địa chỉ IP của một host khụng cho phộp nhõn gửi một frame tới host
đú, nhõn phải biết địa chỉ phần cứng của đớch để gửi dữ liệu đến đú. Chức năng của ARP là phải cung cấp cỏch sắp xếp động giữa địa chỉ IP và địa chỉ phần cứng được sử