Giao thức tầng mạng (network layer)

Chương 4 Giao thức tầng mạng (network layer) Chương 4 Giao thức tầng mạng (network layer) Chương 4 Giao thức tầng mạng 21 6/2005 Ch4 The Network Layer 4 1 Giới thiệu và chức năng của tầng mạng 4 2 Net[.]

Chương 4.

Giao thức tầng mạng (network layer)

Chương 4 Giao thức tầng mạng 2

1-6/2005

Ch4 The Network Layer

4.1 - Giới thiệu và chức năng của tầng mạng.

4.2 - Network service model (VC and Datagram)

4.3 - Bộ định tuyến (router)

4.4 - Giao thức IP (Internet Protocol)

4.5 - Giải thuật chọn đường (Routing Algorithms)

4.6 - Chọn đường trong mạng Internet

data link physical

network

data link physical

network

data link physical

network

data link physical

network

data link physical

network

data link physical

network

data link physical

applicatio n transport

network

data link physical

applicatio n transport

network

data link physical

value in arriving packet’s header

3 2 2 1

Chương 4 Giao thức tầng mạng 5

1-6/2005

Ch4 The Network Layer

4.1 - Giới thiệu và chức năng của tầng mạng

4.2 - Network service model (VC and Datagram).

4.3 - Bộ định tuyến (router)

4.4 - Giao thức IP (Internet Protocol)

4.5 - Giải thuật chọn đường (Routing Algorithms)

4.6 - Chọn đường trong mạng Internet

Chương 4 Giao thức tầng mạng 6

1-6/2005

Network service model

Tin cậy vào tầng network?

Các gói tin có đến đích đúng thứ tự đã gửi?

Thời gian truyền có được đảm bảo?

Có phản hồi về tình trạng nghẽn mạng?

Kênh ảo (virtual circuit)

Lược đồ dữ liệu (datagram)

 Data transfer: dữ liệu được truyền qua VC.

 VC teardown: một khi sender hoặc receiver muốn ngắt VC, nó thông báo cho network layer biết, network layer sẽ huỷ bỏ VC

 Còn được gọi là connection-oriented

 Mỗi gói tin chứa thêm thông tin về kênh mà nó sẽ đi qua (VC identifier number).

 Các routers/packet switches trên kênh ảo (VC) luôn nắm giữ trạng thái của kênh đi qua nó.

Chương 4 Giao thức tầng mạng 8

1-6/2005

Virtual Circuit: Các giao thức báo hiệu

 Được sử dụng để thiết lập, duy trì và kết thúc các mạch ảo

 Được sử dụng trong mạng như ATM, Frame Relay, X.25.

 Không được sử dụng trong mạng Internet ngày nay

data link physical

Chương 4 Giao thức tầng mạng 10

1-6/2005

Datagram network

 Không thiết lập kênh truyền.

 Các thiết bị chuyển mạch không cần nắm giữ trạng thái các kênh.

 Gói tin được truyền dựa trên địa chỉ của receiving host.

 Đường đi của các gói tin giữa hai host có thể khác nhau.

applicatio

n transport

network

data link physical

Chương 4 Giao thức tầng mạng 11

1-6/2005

IP Fragmentation & Reassembly

(datagram) lớn được chia

thành nhiều gam dữ liệu

nhỏ

 Do mỗi đường truyền giữa

các nút (link) có tốc độ giới

hạn, chỉ cho phép truyền đơn

vị dữ liệu có kích thước tối đa

là MTU (Max Transfer Unit)

communication networks

switched

(vd Radio, Broadcast TV) packet-switched

networks

datagram networks (vd Internet)

virtual switched networks (vd ATM)

 không giới hạn thời gian.

 Các hệ thống cuối “thông minh”

(computer):

 có khả năng thích nghi, kiểm

soát, khôi phục lỗi.

 kiến trúc bên trong mạng đơn

giản nhưng kết nối các mạng

 Mạng điện thoại (chuyển mạch kênh).

 Tương tác người-người đòi hỏi:

 thời gian truyền.

 độ tin cậy.

 dịch vụ phải được đảm bảo.

 Các thiết bị cuối đơn giản, dường như

cố định:

 điện thoại.

 mức độ phức tạp nằm bên trong mạng.

Chương 4 Giao thức tầng mạng 15

1-6/2005

Ch4 The Network Layer

4.1 - Giới thiệu và chức năng của tầng mạng

4.2 - Network service model (VC and Datagram)

4.3 - Bộ định tuyến (router).

4.4 - Giao thức IP (Internet Protocol)

4.5 - Giải thuật chọn đường (Routing Algorithms)

4.6 - Chọn đường trong mạng Internet

Chương 4 Giao thức tầng mạng 16

1-6/2005

Bộ định tuyến – router

 Thực thi các giải thuật chọn đường (routing algorithms).

 Chuyển tiếp (forwarding) các gói tin từ cổng vào tới cổng

ra thích hợp.

Chọn đường và chuyển tiếp gói tin

Định Tuyến

Chương 4 Giao thức tầng mạng 19

1-6/2005

Input ports

Decentralized switching:

port memory để tra cứu output port

(datagram) đến nhanh quá, cần phải xếp hàng chờ xử lý

Physical layer:

bit-level reception

Data link layer:

e.g., Ethernet

 Scheduling discipline : cơ chế lựa chọn datagram từ bộ đệm

để tiếp tục gửi đi.

Chương 4 Giao thức tầng mạng 21

1-6/2005

Ch4 The Network Layer

4.1 - Giới thiệu và chức năng của tầng mạng

4.2 - Network service model (VC and Datagram)

4.3 - Thiết bị tầng mạng - Bộ định tuyến (router)

4.4 - Giao thức IP (Internet Protocol).

4.5 - Giải thuật chọn đường (Routing Algorithms)

4.6 - Chọn đường trong mạng Internet

Internet Protocol

Chương 4 Giao thức tầng mạng 23

1-6/2005

The Internet (TCP/IP) network layer

Network layer được thực thi tại end system cũng như tại router!

Network

layer

Đặc điểm của giao thức IP

Định danh các nút trên mạng

Mạng và Trạm

Xác định lộ trình

Data

IP datagram format

29/70

data (variable length, typically a TCP

or UDP segment)

IP datagram format

 Version (4 bit): IPv4 hoặc IPv6

 IHL (IP packet Header Length) (4

bit): đơn vị word 32 bit

 Min = 5 (không có thêm trường tuỳ

chọn)

 Max = 15 (trường tuỳ chọn là 40 byte)

 Đối với một số tuỳ chọn, thí dụ để ghi

con đường mà packet đã đi qua, 40 byte

là quá nhỏ, không thể dùng được.

30/70

IP datagram format

 Trường Type of service (8 bits): Dịch vụ và mức ưu tiên.

 Ý nghĩa của nó được người ta thay đổi chút ít trong các năm qua.

 Có thể có nhiều cách kết hợp khác nhau giữa độ tin cậy và tốc độ Đối với tiếng nói được số hoá, việc phân phát nhanh quan trọng hơn phân phát chính xác Đối với FTP, việc truyền không có lỗi quan trọng hơn việc truyền nhanh

 Bản thân chính trường này lại bao gồm một số trường, tính từ trái qua phải như sau:

 Precedence (3 bit đầu tiên): quyền ưu tiên; 0 = normal, , 7 = network control

packet.

 Cờ D, T và R (3 bit tiếp theo): cho phép host chỉ ra là nó quan tâm (cần) đến gì

nhất trong tập hợp {Delay, Throughput và Reliability} Trong thực tế, các router hiện nay lờ toàn bộ trường Type of service.

 2 bit còn lại hiện nay chưa dùng đến

31/70

IP datagram format

 Trường Total Length (16 bits):

Tổng chiều dài packet, kể cả

header lẫn data, đơn vị = byte.

IP datagram format

Trường Identification (16 bit): từ

định danh của datagram (IP packet)

Dùng cho host đích xác định được

IP datagram format

 Trường Flags (2 bits): dùng cho quá trình

Fragmentation/ Reassembly

 Sau trường Identification là một bit không dùng đến

Flags gồm 2 trường 1 bit là DF và MF.

 DF (Don't Fragment): lệnh cho các router đừng có

phân mảnh datagram.

  Datagram phải tránh mạng có kích thước packet

nhỏ.

 Tất cả các máy được yêu cầu chấp nhận việc phân

mảnh đến 576 byte hoặc nhỏ hơn.

 MF (More Fragments): Tất cả các mảnh của

datagram, trừ mảnh cuối cùng phải có bit MF=1  để

biết được khi nào tất cả các mảnh của một datagram đã

đến đích

34/70

IP datagram format

 Trường Fragment offset (13 bits):

cho biết khoảng cách tương đối của

gói tin IP trong gói tin bị phân

mảnh.

Tất cả các mảnh của một datagram, trừ

mảnh cuối cùng phải có chiều dài là

bội số của 8 bytes - đơn vị cơ sở của

mảnh

13 bit  nên số mảnh lớn nhất của một

datagram là 8192

35/70

Giả thiết đơn vị là giây  max = 255s; thường được đặt = 30s

Phải được giảm đi một tại mỗi chặng (hop) và được giảm nhiều

lần khi đứng xếp hàng một thời gian dài trong mỗi router

Thực tế, nó chỉ đếm các chặng.

36/70

IP datagram format

 Trường Protocol (8 bits): Chỉ loại số liệu giao thức mức trên nằm

trong trường Data

Cho biết cần trao datagram cho quá trình nào của tầng

transport.

 Một khả năng là TCP

 Nhưng cũng có thể là UDP và các quá trình khác

Việc đánh số các giao thức là trên phạm vi toàn cầu, trên toàn bộ Internet, được định nghĩa trong chuẩn RFC 1700

37/70

IP datagram format

 Trường Header checksum (16 bits):

Tính riêng cho header, giúp phát hiện các lỗi phát sinh trong bộ nhớ của router.

Được tính lại tại mỗi chặng (hop), bởi vì sau mỗi chặng

có ít nhất là một trường bị thay đổi (trường TTL).

Cách tính: cộng tất cả các 16-bit halfwords sử dụng số dạng bù 1; sau đó lấy bù 1 của kết quả (phép toán XOR

 tốc độ cao).

38/70

IP datagram format

 Trường Source address, Destination address (32 bit):

 Địa chỉ IP của bên gửi và nhận

 Mỗi địa chỉ bao gồm: địa chỉ mạng và địa chỉ host trong mạng

 Trường Options: Tạo ra lối thoát cho các version sau:

 Bổ sung thêm các thông tin không có trong version đầu tiên

 Thí nghiệm thử các ý tưởng mới và để tránh việc phải dành (allocate) các bit của header cho các thông tin hiếm khi cần đến.

 Chiều dài có thể thay đổi: 0 (15 – 5) x 32 bits

 Mỗi Option bắt đầu bằng một mã 1 byte chỉ ra tuỳ chọn

 cont 

39/70

IP datagram format

Trường Options:

Hiện thời có 5 tuỳ chọn (option) đã được định nghĩa

 Security (an ninh) Chỉ ra mức độ bí mật của datagram

 Strict source routing Chỉ ra con đường đầy đủ để đi theo

 Loose source routing Chỉ ra danh sách các router không được bỏ qua

 Record route Buộc mỗi router gắn địa chỉ IP của nó vào

 Timestamp Buộc mỗi router gắn địa chỉ IP và timestamp của nó vào

Tuy nhiên không phải mọi router đều hỗ trợ tất cả các tuỳ chọn này

Padding: Được chèn thêm sao cho chiều dài Header = bội của 32

bits

 Trường Data (32 bits): Số liệu của giao thức tầng trên.

40/70

Chương 4 Giao thức tầng mạng 41

1-6/2005

IPv4 Addressing: introduction

 Interface (NIC - Network Interface Card): giao diện kết nối mạng

223.1.1.3

223.1.1.4 223.1.2.9

223.1.2.2 223.1.2.1

223.1.3.2 223.1.3.1

223.1.3.27 223.1.1.1 = 11011111 00000001 00000001 00000001

32-bit = 4 số 8-bit  dạng thập phân dễ nhớ:

 Các bit cao dành cho network.

 Các bit thấp dành cho host.

trao đổi dữ liệu không cần

thông qua router

223.1.1.1 223.1.1.2

223.1.1.3

223.1.1.4 223.1.2.9

223.1.2.2 223.1.2.1

223.1.3.2 223.1.3.1

223.1.3.27

network = 3 IP networks

LAN

Mạng và mạng con

Tính di động

Xem địa chỉ MAC và IP

IPv4 Address

Chương 4 Giao thức tầng mạng 47

1-6/2005

IP v4 addressing: Class-full

Địa chỉ máy trạm, địa chỉ mạng

Phân lớp địa chỉ

 Mặt nạ mạng con (subnet mask):

 Là một số 32 bit bao gồm các bit cao = 1 và các bit thấp = 0 Các bit 1 quy định subnet, các bit 0 quy định địa chỉ host.

 từ subnet mask có thể xác định ranh giới giữa địa chỉ mạng và địa chỉ của interface (host).

 Ví dụ: Subnet gồm các host 192.168.10.x, một host có thể

có thông số như sau:

 IP = 192.168.10.1

 SM = 255.255.255.0 (111111111.11111111.11111111.00000000)

 Kiểm tra xem hai IP có cùng một subnet không?

 (IP1 XOR IP2) AND SM = 0?

Class A

Các khối địa chỉ lớp A

Class B

Các khối địa chỉ lớp B

Class C

Các khối địa chỉ lớp C

Ví dụ về địa chỉ mạng

Fill in The information

Chương 4 Giao thức tầng mạng 61

1-6/2005

Network addr, Broadcast và loopback

192.168.10.0

Địa chỉ host thay bằng các bit 1, vd: 192.168.10.255

Các gói tin có ip đích dạng broadcast sẽ được gửi cho mọi host trong mạng.

các gói tin được coi như được gửi tới từ nút khác.

thường dùng 127.0.0.1

Sự khủng hoảng của địa chỉ IPv4