Bài giảng Mạng máy tính - Kết nối mạng Internet - Nguyễn Trung Dũng

1Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet Tổng quan về mạng Internet và giao thức TCP/IP • Datagram và Virtual Circuits (VC) • Routing trong mạng chuyển mạch gói • Shortest path routing • Giao thức IP 9Internet protocol 9 ARP, ICMP 9 Internet routing protocols 9 DHCP, NAT, mobile IP • Giao thức TCP và UDP 9UDP 9TCP Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet •Giới thiệu tổng quan về kiến trúc mạng Internet 9 Internetworking o Network of networks – Internet ƒ Hoạt động với nhiều mạng và công nghệ mạng khác nhau ƒ Cung cấp đường kết nối để truyền các gói IP Net 1Net 1 Net 3Net 3 Net 4Net 4 Net 2Net 2 G G Net 5Net 5 G G G G H H H H H 2Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet Lớp mạng. Vì sao? Lớp mạng trợ giúp việc gửi tin từ A đến B hiệu quả hơn Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet Đặc điểm Cung cấp khả năng kết nối và lựa chọn đường đi giữa hai máy tính thuộc hai mạng khác nhau – Định dạng gói tin (packet) – Kênh ảo (Virtual circuit) – Tuyến (Route), bảng định tuyến (routing table), giao thức định tuyến (routing protocol) – Điạ chỉ logic – Phân mảnh gói tin (Fragmentation) – .. 3Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet Phân chia thành nhiều đoạn mạng. Vì sao? - Số lượng host lớn trên cùng đoạn mạng dẫn đến tắc nghẽn và không sử dụng được - Điều khiển lưu lượng và giảm broadcast - Các mạng riêng biệt được quản lý bởi các tổ chức riêng Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet Kết nối lớp 3 Thiết bị lớp 3 kết nối các mạng khác nhau dựa trên cấu trúc địa chỉ phân cấp. 4Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet Router Bộ định tuyến (Router) kết nối các mạng khác nhau Router lựa chọn đường đi tối ưu của gói tin dựa trên thông tin của lớp 3. Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet 9 Internet protocol: Kết nối mạng thông qua router o Các gói tin IP truyền thông tin qua mạng Internet qua các giao diện của mạng: Host A IP Î router Î router ÎÎ router Î host B IP o Layer IP trong mỗi router sẽ xác định chặng tiếp theo (router tiếp theo) Net 1Net 1 Net 4Net 4 Net 2Net 2 Net 3 Net 3 Transport Internet Network Interface Application Host A Transport Internet Network Interface Application Host B Internet Network Interface Router Internet Network Interface Router Internet Network Interface Router 5Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet 9 Bộ giao thức TCP/IP Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet 9 Mạng chuyển mạch gói o Truyền các gói tin giữa các user oChế độ làm việc ƒ Connectionless ƒ Virtual circuit 9Datagram o Message chia thành các packet o Địa chỉ nguồn và đích đặt trong packet header o Packet có thể đến đích không theo trật tự ` ` P 12 Me ss ag e Message 6Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet 9Virtual circuit o Giai đoạn thiết lập liên kết (call set-up phase): xác định con trỏ theo đường dẫn trong mạng o Các packets trong kết nối đi theo cùng đường dẫn o VCI ` ` Pa ck et Packet Virtual circuit Packet Packet Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet 9 Định tuyến trong mạng chuyển mạch gói o Có thể có 3 tuyến từ node 1 tới node 6: 1-3-6, 1-4-5-6, 1-2-5-6 o Tuyến nào tối ưu nhất? : Min delay, min hop, max BW, min cost o Thuật toán định tuyến ƒ Truyền nhanh và chính xác ƒ Thích ứng với thay đổi của cấu hình mạng (link & node failure) ƒ Thích ứng với sự thay đổi lưu lượng mạng từ nguồn đến đích o Centralized vs distributed routing, static vs dynamic routing 9 Tạo bảng định tuyến (routing table - RT) o Cần có thông tin về trạng thái link o Sử dụng thuật toán định tuyến để thông báo trạng thái link: broadcast, flooding o Tính toán tuyến theo thông tin: ƒ Single metric, multiple metric ƒ Single route, alternate route 1 3 6 4 52 Node (Switch hoặc Router) 7Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet 5 1 3 6 4 52 9 Định tuyến trong Virtual-circuit (VC) packet network o Tuyến được xác lập khi khởi tạo liên kết o Các bảng định tuyến trong các router thực hiện chuyển tiếp packet theo tuyến đã được xác lập A B C D Host 1 2 7 8 5 12 3 45 3 6 2 VCI Switch or Router Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet 6 o RT trong VC packet network Incoming Node VCI Outgoing Node VCI A 1 3 2 A 5 3 3 3 2 A 1 3 3 A 5 Incoming Node VCI Outgoing Node VCI 1 2 6 7 1 3 4 4 4 2 6 1 6 7 1 2 6 1 4 2 4 4 1 3 Incoming Node VCI Outgoing Node VCI 2 3 3 2 3 4 5 5 3 2 2 3 5 5 3 4 Incoming Node VCI Outgoing Node VCI C 6 4 3 4 3 C 6 Incoming Node VCI Outgoing Node VCI 4 5 D 2 D 2 4 5 Incoming Node VCI Outgoing Node VCI 3 7 B 8 3 1 B 5 B 5 3 1 B 8 3 7 Node 1 Node 3 Node 5 Node 4 Node 6 Node 2 A B D C 1 2 7 8 5 3 4 5 2 3 2 1 5 ƒ Ví dụ: VCI từ AÎ D Từ A & VCI 5 Î 3 & VCI 3 Î 4 & VCI 4 Î5 & VCI 5 Î D & VCI 2 8Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet o RT trong Datagram packet network Destination Next node 2 2 3 3 4 4 5 2 Destination Next node 1 1 2 4 4 4 5 6 6 6 Destination Next node 1 1 2 2 3 3 5 5 Destination Next node 1 1 3 1 Destination Next node 1 4 2 2 Destination Next node 1 3 2 5 3 3 4 3 Node 1 Node 3 Node 5 Node 4 Node 6 Node 2 A B D C 6 3 5 5 4 4 5 5 6 5 6 3 3 4 4 4 6 6 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet • Định tuyến (routing) trong mạng chuyển mạch gói 9 Định tuyến đặc biệt: flooding và deflection o Flooding ƒ Gửi gói tin tới tất cả các node trong mạng: Không cần bảng định tuyến, sử dụng kiểu quảng bá để gửi các packet tới các nút mạng ƒ Limited-flooding: ™Time-to-live cho mỗi gói tin: giới hạn số chặng chuyển tiếp ™ Trạm nguồn điền số thứ tự cho mỗi packet 1 3 6 4 52 1 3 6 4 52 1 3 6 4 52 9Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet o Deflection routing ƒ Network chuyển tiếp các packet tới các cổng (port) xác định ƒ Nếu port này busy, packet sẽ được chuyển hướng tới port khác 0, 0 0, 1 0, 2 0, 3 1, 0 1, 1 1, 2 1, 3 2, 0 2, 1 2, 2 2, 3 3, 0 3, 1 3, 2 3, 3 Node (0, 2) Î (1, 0) Busy Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet • Shortest path routing 9 Shortest path & routing o Có nhiều tuyến kết nối giữa nguồn và đích o Định tuyến: chọn tuyến kết nối ngắn nhất (shortest path - SP) thực hiện phiên truyền dẫn o Mỗi tuyến kết nối giữa 2 node được gắn cost hoặc distance 9 Routing metrics: Tiêu chí đánh giá tuyến o Path length: Tổng cost hoặc distance o Các tiêu chí: ƒ Đếm số chặng (hop count) ƒ Reliability, link reliability, BER ƒ Delay ƒ Bandwidth ƒ Load i j Cij Dj Destination Nếu Dj là khoảng cách ngắn nhất tới đích từ node j, và nếu node j liền kề nằm trên SP Î Di = Cij + Dj 10 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet 9 Các phương án o Distance vector protocol (DVP) ƒ Các node kề nhau trao đổi thông tin về khoảng cách đi tới đích ƒ Xác định chặng tiếp theo (next hop - NH) tới địa chỉ đích ƒ Thuật toán Bellman-Ford SP (phân tán) o Link state protocol (LSP) ƒ Thông tin về link state được gửi tới tất cả các router (flooding) ƒ Router có thông tin đầy đủ về cấu hình mạng ƒ SP và NH được tính toán ƒ Thuật toán Dijkstra SP (tập trung) 9 Distance vector (DV): Vector khoảng cách o Routing table (RT) cho mỗi địa chỉ đích: next-node (NN), distance o Tổng hợp RT: Các node lân cận trao đổi RT, xác định next hope Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet 9 Bellman-Ford algorithm 1. Initialization ƒ Khoảng cách từ node d tới chính nó: Dd = 0 ƒ Khoảng cách từ node i bất kỳ tới d: Di = ∞, i ≠ d ƒ Node tiếp theo chưa được xác định: ni = -1, i ≠ d 2. Send step ƒ Cập nhật DV cho các node kề bên qua đường link trực tiếp 3. Receive step ƒ Tại node i, tìm NH có khoảng cách ngắn nhất tới d ™ Di(d) = Minj{Cij + Dj}, i ≠ j ™ Thay cặp giá trị cũ (ni, Di(d)) bằng giá trị mới (ni*, Dj*(d)) nếu tìm được NN mới ƒ Quay lại bước 2 cho đến khi không còn thay đổi thêm nữa 11 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet Iteration Node 1 Node 2 Node 3 Node 4 Node 5 Initial (-1, ∞) (-1, ∞) (-1, ∞) (-1, ∞) (-1, ∞) 1 3 6 4 52 2 1 2 5 3 4 1 3 2 Node 2 Î Node 6 ƒ 2-1-3-6: 3 + 2 + 1 = 6 ƒ 2-4-3-6: 1+ 2 + 1 = 4 ƒ 2-5-6: 4 + 2 = 6 Đường nào ngắn nhất? (n, Di) ƒ n: NN đi tới đích ƒ Di: khoảng cách ngắn nhất từ node i tới đích Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet Iteration Node 1 Node 2 Node 3 Node 4 Node 5 Initial (-1, ∞) (-1, ∞) (-1, ∞) (-1, ∞) (-1, ∞) 1 (-1, ∞) (-1, ∞) (6, 1) (-1, ∞) (6, 2) 2 (3, 3) (5, 6) (6, 1) (3, 3) (6, 2) 3 (3, 3) (4, 4) (6, 1) (3, 3) (6, 2) 1 3 6 4 52 2 1 2 5 3 4 1 3 2 4 (3, 3) (4, 4) (6, 1) (3, 3) (6, 2) 12 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet Iteration Node 1 Node 2 Node 3 Node 4 Node 5 (3, 3) (4, 4) (6, 1) (3, 3) (6, 2) 1 3 6 4 52 2 2 5 3 4 1 3 2 o Khi có lỗi mạng Update 1 (3, 3) (4, 4) (4, 5) (3, 3) (6, 2) Update 2 (3, 7) (4, 4) (4, 5) (5, 5) (6, 2) Update 3 (3, 7) (4, 6) (4, 7) (5, 5) (6, 2) Update 4 (2, 9) (4, 6) (4, 7) (5, 5) (6, 2) Update 5 (2, 9) (4, 6) (4, 7) (5, 5) (6, 2) Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet • Link-state algorithm 9 Quá trình 2 giai đoạn o Mỗi node nguồn được nhận bản đồ (map) của tất cả các node khác và link-state của mạng o Tìm SP trên bản đồ từ node nguồn tới tất cả các node đích 9 Quảng bá thông tin về link-state o Mỗi node i trong mạng gửi quảng bá tới từng node mạng: ƒ ID của node liền kề: Ni = tập hợp của các node liền kề node i ƒ Khoảng cách tới node liền kề của nó {Cij | j Ni}∈ 13 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet 9 Dijstra algorithm: tìm SP theo thứ tự o N: tập hợp các node đã tìm thấy SP o Initialization (Bắt đầu với node nguồn s) ƒ N = {s}, Ds = 0: Khoảng cách từ node s tới chính nó bằng 0 ƒ Dj = Csj, j ≠ s: Khoảng cách tới node liền kề kết nối trực tiếp o Step A (Tìm node i gần nhất) ƒ Tìm node i N sao cho Di = min Dj với j N ƒ Cập nhật node i vào tập hợp N ƒ Nếu N chứa tất cả các node, STOP o Step B (cập nhật minimum cost) ƒ Với mỗi node j N, tính Dj = min (Dj, Di + Cij) ƒ Quay lại step A ∉ ∉ ∉ Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet 2 2 9 Thực hiện thuật toán Dijkstra o Ví dụ: Tìm SP cho Node 1 1 3 6 4 52 2 1 5 3 4 1 3 2 Iteration N D2 D3 D4 D5 D6 Initial {1} 3 2 5 ∞ ∞ 1 {1, 3} 3 2 4 ∞ 3 1 3 6 4 52 2 1 3 2 2 {1, 2, 3} 3 2 4 7 3 3 {1, 2, 3, 6} 3 2 4 5 3 4 {1, 2, 3, 4, 6} 3 2 4 5 3 5 {1, 2, 3, 4, 5, 6} 3 2 4 5 3 14 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet o RT của node 1 Destination Next node Cost 2 2 3 3 3 2 4 3 4 5 3 5 6 3 3 o Khi có link bị hỏng ƒ Router thiết lập khoảng cách của link về ∞ và gửi thông báo cập nhật sử dụng phương pháp flooding ƒ Tất cả các router sẽ tính toán và cập nhật SP o Vấn đề thông báo cập nhật link cost ƒ Gắn số thứ tự cho mỗi thông báo về cập nhật link cost ƒ Kiểm tra mỗi thông báo đến. Nếu là thông báo mới, cập nhật và gửi quảng bá. Nếu là thông báo cũ, gửi lại theo link đến Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet 1 3 6 4 52 9 Source routing o Source chỉ định tuyến cho các packet ƒ Strict: Source chỉ định tất cả các node cho packet ƒ Loose: Chỉ một phần các node được chỉ định A BSource Destination 1, 3, 6, B 3, 6, B 6, B B 15 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet • Internet protocol (IP) 9 IP packet header: tối đa 20 byte, trường option không quá 40 byte Version IHL Type of Service Total Length Identification Flags 0 4 8 16 19 24 31 Time To Live Protocol Header Checksum Fragment Offset Source IP Address Destination IP Address Options Padding Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet Version IHL Type of Service Total Length Identification Flags 0 4 8 16 19 24 31 Time To Live Protocol Header Checksum Fragment Offset Source IP Address Destination IP Address Options Padding ƒ Version: IPv4 ƒ Internet Header Length (IHL): Độ dài IP header tính theo 32 bit/word ƒ Type of Service (ToS): Mức ưu tiên cho packet tại mỗi router. ƒ Total Length: Số byte các IP packet, bao gồm header và data (< 65536) ƒ Identification, Flags, Fragment Offset: Sử dụng trong fragmentation và reassembly 16 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet Version IHL Type of Service Total Length Identification Flags 0 4 8 16 19 24 31 Time To Live Protocol Header Checksum Fragment Offset Source IP Address Destination IP Address Options Padding ƒ Time To Live (TTL): Số chặng tối đa cho mỗi packet được phép đi qua ™ Qua mỗi router trên đường tới đích, TTL giảm 1 đơn vị ƒ Protocol: Báo cho layer phía trên IP data trong packet tại đích ™ TCP (6), UDP (17), ICMP (1) ƒ Header Checksum: Kiểm tra tính chính xác của IP header nhận được ƒ Source IP, Destination IP address: Địa chỉ IP của tram nguồn và đích ™ Nếu TTL đạt giá trị 0 trước khi tới đích, router hủy IP packet, gửi thông báo lỗi tới nguồn Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet Version IHL Type of Service Total Length Identification Flags 0 4 8 16 19 24 31 Time To Live Protocol Header Checksum Fragment Offset Source IP Address Destination IP Address Options Padding ƒ Option: có độ dài thay đổi, cho phép packet yêu cầu một số tùy chọn đặc biệt - mức bảo mật, timestamp cho packet tại mỗi router ƒ Padding: đảm bảo header la số nguyên lần các từ 32 bit 17 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet 9 Xử lý IP header o Kiểm tra độ chính xác của IP header thông qua tính toán Header Checksum, đồng thời kiểm tra tính hợp lệ của các trường trong header (IP version, length, ) o Xác định chặng tiếp theo sử dụng bảng định tuyến o Cập nhật các trường cần thiết: TTL, header checksum, 9 Phương pháp địa chỉ hóa IP o Mỗi trạm có địa chỉ IP 32 bit duy nhất: NetID, hostID o NetID là duy nhất, được sử dụng trong định tuyến, được quản lý bởi ƒ American Registry for Internet Numbers (ARIN) ƒ Reseaux IP Europeens (RIPE) ƒ Asia Pacific Network Information Center (APNIC) oBiểu diễn trong hệ 10 cho mỗi octet (VD: 128.10.1.2) Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet 9 Phân lớp địa chỉ IP 0 NetID HostID Class A ƒ Tối đa 126 mạng với tối đa 16 triệu host / mạng: 1.0.0.0 đến 127.255.255.255 1 NetID HostID ƒ Tối đa 16382 mạng với tối đa 64000 host / mạng: 128.0.0.0 : 191.255.255.255 0 Class B 1 NetID HostID ƒ Tối đa 2 triệu mạng với tối đa 254 host / mạng: 192.0.0.0 : 223.255.255.255 1 Class C 0 7 24 14 16 821 1 Multicast ƒ Tối đa 250 triệu multicast group: 224.0.0.0 : 239.255.255.255 1 Class D 1 28 0 18 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet 9 Một số địa chỉ IP đặc biệt 0 0 0 0 0 0 0 0 This host (used in booting up) 0 0 0 0 Host A host in this network 1 1 1 1 1 1 11 NetID 1 1 1 1 Broadcast on a local network Broadcast on a distant network 9 Địa chỉ IP đặc biệt dùng trong mạng riêng (private IP address) o Router trong mạng chung từ chối packet với các địa chỉ IP này o Range 1: 10.0.0.0 – 10.255.255.255 o Range 2: 172.16.0.0 – 172.31. 255.255 o Range 3: 192.168.0.0 – 192.168.255.255 (Home LAN) o Network Address Translation (NAT): chuyển đổi IP riêng và toàn cầu Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet Network 128.135.0.0 Network 128.135.0.0 Router Network 128.140.0.0 Network 128.140.0.0 Interface address 128.135.10.2 Interface address 128.140.5.35 128.135.40.1 128.135.10.20 128.135.10.21 128.140.5.40 128.140.5.36 o HostID = all 0: tham chiếu tới mạng được chỉ ra bởi NetID o HostID = all 1: truyền quảng bá packet trong mạng với NetID 9 Ví dụ: IP addressing 19 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet 9 Địa chỉ hóa mạng con (Subnet Addressing - SA) o SA sử dụng cấu trúc mạng ở mức thấp hơn trong mạng hiện tại o Trong suốt đối với mạng ở bên ngoài o Đơn giản hóa việc quản lý nhiều mạng LAN o Mặt nạ (masking): sử dụng để xác định số mạng con (subnet) 1 0 NetID HostIDĐịa chỉ IP (lớp B) 1 0 NetID SubnetIDĐịa chỉ subnet HostID Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet 9Ví dụ: 1 tổ chức có địa chỉ IP lớp B với netID: 150.100.0.0 (16 bit hostID) o Tạo các mạng con có tối đa 100 host/subnet ƒ 7 bit: vừa đủ cho mỗi subnet đạt số host yêu cầu ƒ 16 – 7 = 9 bit: subnetID o Áp dụng subnet mask cho địa chỉ IP để tìm mạng con tương ứng o Ví dụ: Tìm subnet cho địa chỉ IP 150.100.12.176 o Địa chỉ IP: 10010110 01100100 00001100 10110000 o Mask: 11111111 11111111 11111111 10000000 o AND: 10010110 01100100 00001100 10000000 o Subnet: 150.100.12.128 o Broadcast subnet: 150.100.12.255 o Các host kết nối vào subnet: 150.100.12.129 – 150.100.12.254 o Các router chỉ sử dụng đia chỉ subnet bên trong tổ chức này 20 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet H1 H2 H3 H4 R1 R2 H5 Tới mạng Internet 150.100.0.1 150.100.12.154 150.100.12.176 150.100.12.129 150.100.12.128 150.100.12.0 150.100.15.0 150.100.12.4 150.100.12.24 150.100.12.55 150.100.12.1 150.100.15.54 150.100.15.11 Dest.: 150.100.15.11 10010110 01100100 00001111 00001011IP Mask 11111111 11111111 11111111 10000000 AND 10010110 01100100 00001111 00000000 9 Ví dụ: Giả sử 9 bit subnetID và 7 bit hostID Subnet 150.100.15.0 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet 9 Định tuyến với subnetwork o IP layer trong host và router lưu giữ routing table (RT) o Host: tham chiếu RT ƒ Nếu host đích cùng mạng, gửi packet trực tiếp tới host đích sử dụng giao diện mạng tương ứng ƒ Nếu không cùng mạng, gửi packet gián tiếp qua default router o Router: Kiểm tra điạ chỉ IP của packet nhận được ƒ Nếu không biết IP đích, tham chiếu RT và xác định next hop o Routing table ƒ Mỗi dòng trong RT chứa: Dest. IP , next-hop router IP, subnet mask, phy. address, network interface, statistics, flag 21 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet H1 H2 H3 H4 R1 R2 H5 Tới mạng Internet 150.100.0.1 150.100.12.154 150.100.12.176 150.100.12.129 150.100.12.128 150.100.12.0 150.100.15.0 150.100.12.4 150.100.12.24 150.100.12.55 150.100.12.1 150.100.15.54 150.100.15.11 Dest.: 150.100.12.176 o Ví dụ: Host 5Æ Host 2 Destination Next hop Flags Net. Interface 127.0.0.1 127.0.0.1 H lo0 default 150.100.15.54 G emd0 150.100.15.0 150.100.15.54 emd0 Routing table at H5 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet H1 H2 H3 H4 R1 R2 H5 Tới mạng Internet 150.100.0.1 150.100.12.154 150.100.12.176 150.100.12.129 150.100.12.128 150.100.12.0 150.100.15.0 150.100.12.4 150.100.12.24 150.100.12.55 150.100.12.1 150.100.15.54 150.100.15.11 Dest.: 150.100.12.176 o Ví dụ: Host 5Æ Host 2 Destination Next hop Flags Net. Interface 127.0.0.1 127.0.0.1 H lo0 default 150.100.12.4 G emd0 150.100.15.0 150.100.15.54 emd1 Routing table at R2 150.100.12.0 150.100.12.1 emd0 22 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet H1 H2 H3 H4 R1 R2 H5 Tới mạng Internet 150.100.0.1 150.100.12.154 150.100.12.176 150.100.12.129 150.100.12.128 150.100.12.0 150.100.15.0 150.100.12.4 150.100.12.24 150.100.12.55 150.100.12.1 150.100.15.54 150.100.15.11 Dest.: 150.100.12.176 o Ví dụ: Host 5Æ Host 2 Destination Next hop Flags Net. Interface 127.0.0.1 127.0.0.1 H lo0 155.100.12.176 150.100.12.176 emd0 150.100.12.0 150.100.12.4 emd1 Routing table at R1 150.100.15.0 150.100.12.1 G emd1 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet 9 Vấn đề địa chỉ IP o 1990: 2 vấn đề nảy sinh ƒ Hết các dải địa chỉ IP ƒ Bảng định tuyến IP phát triển cồng kềnh o Giải pháp tạm thời ƒ Subnetting ƒ Classless Interdomain Routing (CIDR) ƒ Network Address Translation (NAT) o Giải pháp lâu dài: IPv6 23 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet 9 CIDR và supernetting o Địa chỉ IP lớp A, B, C không mềm dẻo o CIDR: NetID với số bit bất kỳ o Ví dụ: 205.100.0.0/22 ƒ 22: số bit trong mask – 255.255.252.0 o CIDR định tuyến sử dụng prefix của địa chỉ IP, không để ý tới class ƒ Bảng định tuyến: ƒ Do độ dài prefix thay đổi, từ bảng định tuyến phải xác định prefix dài nhất trùng nhau o Supernetting: CIDR sử dụng kỹ thuật supernetting, cho phép 1 địa chỉ IP đại diện cho 1 nhóm địa chỉ IP (lớp A, B, C) o Ví dụ: CIDR sử dụng địa chỉ IP 205.100.0.0/22 đại diện cho 4 địa chỉ IP phân lớp C (205.100.0.0, 205.100.1.0, 205.100.2.0, 205.100.3.0) Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet 9 Fragmentation và reassembly o Identification:nhận biết kiểu gói tin o Flag (3 bit): Unused, MF, (more fragment), DF (don’t fragment) o Fragment offset: vị trí fragment trong packet (đơn vị 8 byte) Version IHL Type of Service Total Length Identification Flags 0 4 8 16 19 24 31 Fragment Offset NetworkNetwork NetworkNetwork IP IP Router Fragment at source Source Destination Reassembly at destination Fragment at router 24 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet Total Length ID MF Fragment offset Original packet Fragment 1 Fragment 2 Fragment 3 1504 x 0 0 572 x 1 0 572 x 1 69 400 x 0 138 9 Ví dụ: Packet được truyền qua mạng với Max. Trasfer Unit (MTU) MTU = 576 byte, header = 20 byte, data = 1484 byte o Max. data length/frament: 576 – 20 = 556 byte o Chọn max. data length = 552 (số nguyên lần của 8) Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet 9 Address Resolution Protocol (ARP) o Địa chỉ IP sử dụng để phân biệt host, nhung được truyền trên đường truyền vật lý sử dụng địa chỉ MAC (ví dụ trong Ethernet) o ARP: Ánh xạ địa chỉ IP Î vật lý H1 H2 H3 H4 150.100.76.20 150.100.76.21 150.100.76.22 150.100.76.23 D: 150.100.76.22 MAC = ? H1 H2 H3 H4 150.100.76.20 150.100.76.21 150.100.76.22 150.100.76.23 D: 150.100.76.20 MAC = 08:00:5A:3B:94 o Reverse ARP (RARP): Nhận địa chỉ IP từ server (bootsttraped) 25 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet Interface: 0.0.0.0 --- 0x2 Internet Address Physical Address Type 206.38.190.192 00-01-4a-c2-40-ab static Interface: 192.168.1.3 --- 0x3 Internet Address Physical Address Type 192.168.1.1 00-01-4a-c2-40-ab static Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet 9 Internet Control Message Protocol (ICMP) o Được đóng gói trong IP packet (protocol type = 1) o Xử lý các thông báo điều khiển và lỗi o Nếu router không gửi được packet, gửi ICMP “host unreachable” đến sender o Nếu router nhận được packet lẽ ra cần phải gửi tới một router khác, nó gửi ICMP “redirect” tới sender để thay đổi bảng định tuyến o ICMP “router discovery” cho phép 1 host tìm hiểu về các router trong mạng, khởi động và cập nhật bảng định tuyến o ICMP echo request (type = 0) và reply (type = 0): sử dụng trong ping 26 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet 9 Một số giao thức của tầng IP o Routing information protocol (RIP) o Open shortest Path First (OSPF) o Border Gateway Protocol (BGP), Exterior Gateway Protocol (EGP) o Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP), Network Address Translation (NAT), Mobile IP 9 Transport Control Protocol (TCP) và User Data Protocol (UDP) o TCP Reliable Stream Service o TCP Protocol o TCP Connection Management o TCP Error/Flow/Congestion Control o UDP 27 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet TCP/UDP Thiết lập 1 kết nối logic giữa các điểm cuối trên mạng Tạo ra kết nối end-to-end giữa các ứng dụng: - Phân đoạn dữ liệu (Segmentation) - Thiết lập kết nối end-to-end - Điều khiển lưu lượng bằng cơ chế cửa sổ trượt - Truyền dẫn tin cậy Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet Thiết lập kết nối 28 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet Điều khiển lưu lượng Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet TCP 29 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet TCP header Source & Destination port – Number of the calling, called port Sequence number – Number used to ensure correct sequencing of the arriving data Acknowledgment number – Next expected TCP octet HLEN – Number of 32-bit words in the header Reserved – Set to zero Code bits – Control functions, such as setup and termination of a session Window – Number of octets that the sender is willing to accept Checksum – Calculated checksum of the header and data fields Urgent pointer – Indicates the end of the urgent data Option – One option currently defined, maximum TCP segment size Data – Upper-layer protocol data Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet Cơ chế bắt tay 3 chiều 30 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet Cửa sổ trượt Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet Quản lý kết nối TCP 31 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet UDP UDP là giao thức đơn giản, nó không có cơ chế đảm bảo tin cậy khi truyền dẫn UDP được sử dụng cho các ứng dụng không yêu cầu cao về độ tin cậy và tính tuần tự của dữ liệu nhận được Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet UDP header Source port – Number of the calling port Destination port – Number of the called port Length – Number of bytes including header and data Checksum – Calculated checksum of the header and data fields Data – Upper-layer protocol data The protocols that use UDP include: - TFTP (Trivial File Transfer Protocol) - SNMP (Simple Network Management Protocol) - DHCP (Dynamic Host Control Protocol) - DNS (Domain Name System) 32 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet CổngTCP và UDP TCP và UDP sử dụng khái niệm số hiệu cổng (port number) để chuyển dữ liệu lên lớp ứng dụng Số hiệu cổng sử dụng để theo dõi (keep track) các phiên kết nối khác nhau trên mạng tại cùng một thời điểm Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet Các số hiệu cổng được quy định bởi Internet Assigned Numbers Authority (IANA) < 1024 dùng cho các ứng dụng phổ biến (mail, web) > 1024 được dùng cho gán động bởi các client CổngTCP và UDP 33 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet CổngTCP và UDP Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet 1031 Phiên http thứ 2 thực hiện giữa cùng một cặp client và server. Có cùng thông tin về cổng đích nhưng cổng nguồn khác nhau để phân biệt 80801030 http to www.cisco.com http to www.cisco.com Dest. Port = 80 Send packets to web server application Dest. Port = 80 Send packets to web server application Trong ví dụ này, hai cửa sổ trình duyệt cùng sử dụng một URL. TCP/IP sử dụng cổng nguồn để phân biệt thông tin cần quay lại cửa sổ trình duyệt chính xác 34 Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet Phân biệt giữa các kết nối như thế nào? ÆKết nối được định nghĩa bởi một cặp thông tin: – Địa chỉ IP nguồn, cổng nguồn (socket nguồn) – Địa chỉ IP đích, cổng đích (socket đích) CổngTCP và UDP Hanoi University of Technology Faculty of Electronics and Telecommunications 2008 Chương 4Chương 4. Kết nối mạng Internet Thực tế với 1 website có nhiều phiên TCP được tạo ra www.cisco.com www.google.com Source IPTCP or UDP Source Port Destination IP Destination Port Connection State netstat command