chơng III Mạng và các công nghệ chuyển mạch
3.4. Địa chỉ, định tuyến và dồn kênh
Trong quá trình phân phối dữ liệu trên mạng IP, các giao thức phải đảm bảo phân phối dữ liệu tới đúng các host, và trong một host dữ liệu phải đợc chuyển tới dúng ngời sử dụng hoặc quá trình xử lý. Để làm đợc nh vậy, TCP/IP phải thực hiện các công việc
đánh địa chỉ1, định tuyến2 và dồn kênh3.
Đánh địa chỉ: các địa chỉ IP dùng để phân phối dữ liệu tới đúng host.
Định tuyến: là quá trình chuyển dữ liệu tới đúng mạng đích.
Dồn kênh: do chỉ có một số ít các giao thức giao vận sử dụng trong quá trình truyền mà lại có rất nhiều các ứng dụng sử dụng các giao thức đó, chính vì
vậy cần phải ghép dữ liệu từ các ứng dụng đó thành một luồng dữ liệu đơn, từ
đó có thể truyền qua các giao thức truyền dẫn.
3.4.1. Địa chỉ IP
* Địa chỉ host IP
IP định nghĩa các host bằng một số 32bit gọi là địa chỉ IP hoặc địa chỉ host. Địa chỉ IP thờng đợc viết dới dạng 4 số thập phân từ 0 đến 255 phân cách nhau bằng các dấu chấm, ví dụ 192.63.25.55. Địa chỉ IP phải là đơn nhất trong tất cả các máy đợc nối vào mạng thậm chí đó là mạng Internet.
IP truyền dữ liệu giữa các host ở dạng các gói tin. Mỗi gói tin đợc chuyển đến địa chỉ chứa trong trờng Destination Address của phần header của gói tin. Destination Address là một địa chỉ IP 32bit tiêu chuẩn dùng để xác định duy nhất một mạng và một host cụ thể trên mạng đó.
Tính duy nhất của địa chỉ IP chỉ đối với các máy đợc nối mạng, khác với địa chỉ của thiết bị MAC4 là duy nhất trên toàn thế giới cho dù máy đó có nối mạng hay không.
Địa chỉ MAC chính là địa chỉ của phần cứng, ngời ta quy định MAC là một số 48bit.
Do có sự khác nhau về cơ cấu đánh địa chỉ của mạng và lớp liên kết dữ liệu, một số hệ thống cần phải thực hiện việc chuyển đổi giữa địa chỉ IP và địa chỉ MAC, ví dụ, các dịch vụ lớp ứng dụng và lớp giao vận sử dụng địa chỉ IP để xác định các host trong khi
đó các gói lu thông trên mạng lại sử dụng địa chỉ MAC. ARP là giao thức đợc sử dụng
để chuyển địa chỉ IP của host thành địa chỉ MAC tơng ứng. Khi một host cần gửi thông tin đén một host khác, nó thực hiện việc ánh xạ giữa địa chỉ IP và địa chỉ MAC, nó sẽ phát một yêu cầu ARP lên mạng nhằm nhận sự trả lời của host có địa chỉ IP cần xác
định. Nếu một host trên mạng nhận ra đó là địa chỉ IP của mình, nó sẽ gửi cho host hỏi
địa chỉ MAC của mình, nhờ đó host cần truyền dữ liệu có thể gửi gói tin qua mạng đến
đúng đích.
* Các lớp địa chỉ IP
1 Addressing
2 Routing
3 Multiplexing
4 Media Access Control
Một địa chỉ IP gồm có 2 phần phần mạng và phần host. Tuy nhiên các phần này không giống nhau trong mọi địa chỉ IP vì địa chỉ IP đợc chia thành nhiều lớp địa chỉ.
A 0 NET ID HOST ID
B 1 0 NET ID HOST ID
C 1 1 0 NET ID HOST ID
D 1 1 1 0 MULTICAST ID E 1 1 1 1 EXPERIMENTAL ID
Hình : cấu trúc các lớp địa chỉ IP.
Trong địa chỉ IP, không phải mọi địa chỉ mạng và địa chỉ host đều đợc sử dụng. ở lớp A, địa chỉ mạng 0 và 127 dự trữ cho các sử dụng đặc biệt, mạng 0 dành cho định tuyến ngầm định1, còn mạng 127 dành cho địa chỉ đờng vòng2. Các địa chỉ mạng đặc biệt này đợc sử dụng khi thiết lập cấu hình của một host.
Ngoài địa chỉ mạng, một số địa chỉ host đợc dự trữ cho các sử dụng đặc biệt. Trong tất cả các lớp, địa chỉ host 0 và255 để dự trữ. Một địa chỉ IP có địa chỉ host 0 để định danh mạng có địa chỉ netid. Địa chỉ IP mà giá trị của các bit đều bằng 1 là địa chỉ quảng bá3, với địa chỉ quảng bá, gói tin sẽ đợc phân phối đến tất cả các host trên mạng.
Địa chỉ lớp A: lớp A có 7 bit netid và 24 bit hostid. Địa chỉ lớp A đợc dành cho các mạng có số host rất lớn. Lớp A có thể đánh địa chỉ tới 16.777.216 host mỗi mạng. Số đầu tiên trong địa chỉ lớp A giữa 1 và 126.
Địa chỉ lớp B: lớp B có 14bit netid và 16 bit hostid. Địa chỉ lớp B dành cho các mạng có kích thớc vừa phải. Địa chỉ lớp B có thể định danh tới 65.536 host mỗi mạng. Số đầu tiên trong địa chỉ lớp B giữa 128 và 191.
Địa chỉ lớp C: địa chỉ lớp C có 21 bit netid và 8 bit hostid. Địa chỉ lớp C dành cho các mạng nhỏ và chỉ định danh tới 254 host mỗi mạng. Số đầu tiên trong
địa chỉ lớp C là từ 192 tới 223.
Hai lớp địa chỉ còn lại đợc sử dụng cho các mục đích đặc biệt và thờng không dùng để định danh các host riêng biệt.
1 default route: đợc dùng để làm đơn giản hoá thông tin định tuyến mà IP phải điều khiển.
2 Loopback address: làm đơn giản hoá các ứng dụng mạng bằng cách cho phép một host cục bộ đ ợc đánh địa chỉ giống nh một host ở xa.
3 Broadcast Address: địa chỉ quảng bá đợc dùng để đồng thời gửi thông tin đến mọi host trên mạng.
Hình : sự truyền thông giữa các host trong mạng cục bộ.
* Mạng con
Trong cấu trúc chuẩn của địa chỉ IP ta thấy trong mỗi mạng có rất nhiều host, nh vậy một ngời quản trị mạng phải chịu trách nhiệm quản lý các địa chỉ host của toàn mạng. Từ đó xuất hiện nhu cầu chia một mạng lớn thành nhiều mạng con nhằm phân quyền quản lý việc đánh địa chỉ các host.
Việc chia nhỏ mạng còn nhằm khắc phục sự khác nhau về phần cứng và sự giới hạn về khoảng cách. Các bộ định tuyến IP có thể nối các mạng vật lý khác nhau chỉ khi mỗi mạng vật lý có một địa chỉ mạng duy nhất, nh vậy việc chia một mạng thành các mạng con có thể đảm bảo đợc sự đơn nhất của địa chỉ mạng con.
Một mạng có thể chia nhỏ thành nhiều mạng logic bằng cách chia trờng hostid thành 2 phần nhỏ gọi là subnetid và hostid. Ví dụ ta có không gian địa chỉ là 172.16.0.0 ta có thể chia lại nh sau: 16 bit netid, 4 bit subnetid và 12 bit hostid.
Hình : truyền thông giữa các host khi chia nhỏ mạng.
* Subnetmark1: subnetmark đợc sử dụng cho việc định tuyến để chỉ ra phần địa chỉ
định danh mạng. Subnetmark đợc viết dới dạng các số thập phân ngăn cách bằng dấu chấm, các số 1 chỉ ra các bit có ý nghĩa của netid.
Class Subnet Mask Number of Mask Bits
A 255.0.0.0 8
1 Mặt nạ mạng
134.67.32.1 134.67.32.2 135.68.32.3
Truyền thông
được với nhau
Không truyền thông với nhau
được
172.16.32.5 172.16.33.5 172.16.48.2
Truyền thông
được với nhau
Không truyền thông với nhau
được
B 255.255.0.0 16
C 255.255.255.0 24
Hình : subnetmark.
Subnetmark cũng đợc dùng để xác định các địa chỉ mạng con subnetid. Trong ví dụ trên, subnetmark dùng cho định tuyến tới netid là 255.255.0.0 còn subnetmark cho
định tuyến tới các mạng con là 255.255.240.0.
3.4.2. Định tuyến
Khi mạng phát triển về mặt vật lý lu thông trên mạng gia tăng, điều này làm giảm hiệu quả hoạt động của toàn hệ thống. Để làm giảm tải của hệ thống, ngời ta chia mạng thành nhiều mạng con đợc nối với nhau qua các thiết bị đặc biệt nh router, bridge và switch.
Việc định tuyến đòi hỏi rất nhiều các xử lý kết hợp giữa các router và các máy trạm1 có liên quan nhằm chuyển dữ liệu một cách tối u đến đích cuối cùng. Việc truyền dữ
liệu có thể diễn ra ở bất kỳ các máy trạm nào bất kể chúng có thuộc cùng một mạng hay không.
Để thực hiện việc định tuyến một cách tin cậy, quá trình xử lý định tuyến đợc trang bị khả năng duy trì một mô tả bản đồ tuyến của toàn mạng mà nó là một phần trong đó.
Bản đồ tuyến đó hay thờng gọi là bảng định tuyến2, bao gồm các thông tin định tuyến mô tả về các mạng đã biết và cách thức để tới đợc mạng đó. Quá trình xử lý định tuyến xây dựng và duy trì bảng định tuyến bằng cách dùng xử lý phát hiện tuyến hay còn gọi là RIP3.
Các bộ định tuyến phải có khả năng chọn ra một đờng kết nối ngắn nhất giữa hai mạng. Để làm đợc việc này, các bộ định tuyến phải tìm ra các bản đồ tuyến bằng cách trao đổi động các thông tin định tuyến giữa chúng hoặc đợc cấu hình cố định bởi ngời cài đặt mạng hoặc cả hai biện pháp. Tuy nhiên sự trao đổi động các thông tin định tuyến lại đợc điều khiển bởi một quá trình khác bên cạnh quá trình định tuyến. Trong TCP/IP, IP điều khiển quá trình định tuyến còn RIP điều khiển quá trình phát hiện đ- êng.
3.4.3. Dồn kênh
Dữ liệu đợc định tuyến qua mạng và đến một host cụ thể, nó cần phải đợc chuyển
đến một ngời dùng hoặc một quá trình xử lý cụ thể. Khi dữ liệu đi lên hoặc xuống qua các lớp của TCP/IP, cần phải có một cơ cấu để có thể chuyển dữ liệu tới đúng các giao thức ở mỗi lớp. Do chỉ có một số ít các giao thức truyền dẫn nên hệ thống cần phải có khả năng tổ hợp các dữ liệu từ cácứng dụng khác nhau thành một luồng dữ liệu duy nhất để có thể truyền đi qua các giao thức truyền dẫn. Việc ghép các dữ liệu này gọi là
1 Workstation
2 Routing Table
3 Routing Information Protocol: Giao thức thông tin định tuyến.
dồn kênh. Khi dữ liệu đến từ mạng, hệ thống phải làm công việc ngợc lại là phân kênh
để có thể chuyển dữ liệu đến nhiều các quá trình xử lý khác nhau. Để thực hiện đợc các công việc trên, IP sử dụng protocol number1 để xác định các giao thức truyền dẫn, và các giao thức truyền dẫn lại sử dụng port number2 để xác định các ứng dụng.