Quan hệ địa chỉ lớp 2&3, kỹ thuật ánh xạ địa chỉ IP và MAC

Quan hệ địa chỉ lớp 2&3, kỹ thuật ánh xạ địa chỉ IP và MACBáo cáo bài tập lớn môn Mạng máy tính Viện điện tử viễn thông Đại học Bách Khoa Hà Nội

Trang 1

Quan hệ địa chỉ lớp 2 & 3

Kỹ thuật ánh xạ địa chỉ IP và MAC

Sinh viên: Ngô Quang Hà

Nguyễn Đức Minh Lớp : ĐT7- K48

Trang 2

Phần I: Quan hệ địa chỉ lớp 2 & 3

Mỗi một địa chỉ MAC trên thế giới là duy

nhất

Địa chỉ MAC được sử dụng để phân phát

các gói tới đích đến của chúng trên một mạng

Nếu không có địa chỉ IP, mỗi một Router

sẽ phải theo dõi sự định vị (hay vị trí) của mỗi một địa chỉ MAC trên liên mạng

Trang 3

Phần I: Quan hệ địa chỉ lớp 2 & 3

Địa chỉ IP sẽ chịu trách nhiệm phân phát

gói tin đến đúng mạng đích

Địa chỉ MAC sau đó được sử dụng để

phân phát gói tin mang tính chất cục bộ.

Trang 4

Phần II: Kỹ thuật ánh xạ địa chỉ IP & MAC

Ánh xạ địa chỉ IP vào địa chỉ MAC_ Giao

thức phân giải địa chỉ (ARP)

Ánh xạ địa chỉ MAC vào địa chỉ IP – giao

thức phân giải địa chỉ đảo ngược RARP (Reverse ARP).

Trang 5

Ánh xạ địa chỉ IP vào địa chỉ MAC

1. Giới thiệu

Tổ hợp địa chỉ TCP/IP trong mỗi một Host

được gán một địa chỉ 32 bit

các mạng sử dụng địa chỉ được gán khi thực

hiện việc gửi hoặc nhận các gói

Hai máy trên cùng một mạng vật lý xác

định có thể giao tiếp với nhau khi chúng

biết được địa chỉ mạng vật lý của máy kia

Vấn đề: một Host hay một Router ánh xạ

một địa chỉ IP tới địa chỉ vật lý đó như thế nào khi nó cần gửi một gói qua mạng vật

lý?

Trang 6

2 Vấn đề phân giải địa chỉ

Hai máy A và B kết nối tới cùng một mạng vật lý,

mỗi máy có địa chỉ IP tương ứng là IA,IB và địa chỉ vật lý tương ứng là PA, PB

Máy A muốn gửi một gói tới máy B, máy A sẽ ánh

xạ địa chỉ tới địa chỉ vật lý của máy B (PB) như thếnào?

Máy A phải ánh xạ địa chỉ Internet của đích đến

cuối cùng tới địa chỉ vật lý của đích đến

Nếu gói đó phải gửi qua một Router trung gian,

máy A phải ánh xạ địa chỉ internet của Router

trung gian tới địa chỉ vật lý

Vấn đề ánh xạ địa chỉ tới địa chỉ vật lý được gọi là

vấn đề phân giải địa chỉ (ARP)

Trang 7

3 Hai loại địa chỉ vật lý

Địa chỉ vật lý cố định (được minh hoạ bởi

Ethernet)

Địa chỉ vật lý có cấu hình đơn giản (được

minh hoạ bởi ProNet)

Trang 8

4 Phân giải qua ánh xạ trực tiếp

Xét một mạng ProNet token ring

một địa chỉ IP được gán với HostID chia

thành 1, 2, 3 …

Khi thiết lập phần cứng giao diện mạng thì

chọn một địa chỉ vật lý tương ứng với địa chỉ IP

Ví dụ: người quản trị hệ thống sẽ lựa chọn

địa chỉ vật lý 3 cho một máy tính với địa chỉ

IP 192.5.48.3 bởi vì 192.5.48.3 là một địa chỉ lớp C với địa chỉ Host bằng 3

Trang 9

5 Phân giải qua sự liên kết động

Mỗi một giao diện Ethernet được gán một

địa chỉ vật lý 48 bit khi thiết bị đó được sản xuất

Địa chỉ Ethernet dài 48 bit và khó có thể mã

hoá trong điạ chỉ IP 32 bit

ARP là một giao thức cho phép một Host

tìm được địa chỉ vật lý của một Host đích trên cùng một mạng vật lý bằng cách đưa ra địa chỉ IP của Host đích

Trang 10

Trang 11

Host A muốn phân giải địa chỉ (IP, IB), nó quảng

bá một gói tin đặc biệt để thông báo với Host có địa chỉ (IP, IB) trả lời địa chỉ vật lý của nó PB

Tất cả các Host, bao gồm cả Host B đều nhận được

yêu cầu, nhưng chỉ có Host B nhận ra địa chỉ IP

của nó và gửi một sự hồi âm bao gồm địa chỉ vật lý của nó

Khi Host A nhận được sự hồi âm, nó sử dụng địa

chỉ vật lý để gửi một gói tin thẳng đến B

Trang 12

Xét ví dụ sau:

Trang 13

Có hai Ethernet, phòng khoa học máy tính có địa

chỉ IP là 192.31.65.0 và phòng kỹ thuật điện có địa chỉ là 192.31.63.0

Chúng được kết nối bởi vòng FDDI mang nhãn E1

đến E6, mỗi máy trên vòng FDDI có một địa chỉ FDDI, nhãn F1 đến F3

Host 1 gửi một gói tin đến Host 2 (192.31.65.5)

Trang 14

Host 1 có thể trông vào địa chỉ IP của host 2 và biết

máy đích đang mở trên mạng của mình

Host 1 cần một cách để tìm địa chỉ Ethernet của

máy đích

Giải pháp là có một tập tin cấu hình trong hệ thống,

ánh xạ các địa chỉ IP lên các địa chỉ Ethernet

Giải pháp tốt hơn là cho host 1 xuất một gói tin

quảng bá đến tại từng máy trên Ethernet

192.32.65.0 hỏi : “ai có địa chỉ IP 192.31.65.5?”

Trang 15

Mỗi máy sẽ kiểm tra địa chỉ IP của mình, một mình

host 2 trả lời với địa chỉ Ethernet của nó (E2)

Host 1 biết được địa chỉ IP 192.31.65.5 ở trên host

có địa chỉ Ethernet E2

Giao thức hỏi câu hỏi này và có được hồi âm như

thế gọi là ARP (Address Resolution Protocol)

Phần mềm IP trên host 1 xây dựng một khung

Ethernet nhắm địa chỉ đến E2 và để nó lên Ethernet

Trang 16

Bảng mạch Ethernet của host phát hiện khung này

thừa nhận nó như một khung của mình

Bộ điều khiển Ethernet (driver) trích gói tin IP từ

tải trọng và chuyển cho phần mềm IP để biết nó là địa chỉ đúng, xử lý nó

Khi host 1 muốn gửi một gói tin cho host 4

(192.31.63.8)

Việc dùng ARP sẽ mất vì Host 4 sẽ không biết

quảng bá (các router không chuyển các quảng báEthernet)

Trang 17

Giải pháp 1

router CS có thể được cấu hình để trả lời

các yêu cầu ARP cho mạng 192.31.63.0

Host 1 sẽ lập một trừu nhập cache ARP

(192.31.63.8, E1)

gửi tất cả mọi giao thông cho host 4 đến

router cục bộ Giải pháp này gọi là proxy ARP.

Trang 18

Giải pháp 2

Host 1 thấy máy đích ở trên một mạng từ xa, sẽ gửi

ngay tất cả các giao thông đến một địa chỉ Ethernet mặc định quản lý tất cả các giao thông từ xa, trong trường hợp này là E3

router CS có được khung Ethernet nhận ra là các

gói tin đó cho mạng 192.31.60.0 được giả định đi tới router 192.31.60.7

Nếu không biết địa chỉ FDDI của 192.31.60.7 nó

quảng bá một gói tin ARP lên vòng và biết được địa chỉ vòng của mình là F3

Trang 19

Tại router EE, bộ điều khiển FDDI gỡ bỏ gói tin và

cho nó đến phần mềm IP

Phần mềm IP thấy nó cần gửi gói tin đến

192.31.63.8 với địa chỉ đích là E6

Nó xây dựng một khung Ethernet nhắm địa chỉ

đích là E6 và gửi lên trên Ethernet

Khi khung Ethernet đến host 4, gói tin được trích ra

từ khung và đi qua phần mềm IP để xử lý

Trang 20

6 Bộ nhớ phân giải địa chỉ

Không phải bất cứ khi nào máy A muốn gửi gói tin

đến máy B thì phải thực hiện việc quảng bá

Sử dụng bộ nhớ cache ARP để lưu trữ và duy trì

những yêu cầu liên kết địa chỉ IP tới địa chỉ vật lý

Khi nhận được một hồi âm ARP, nó sẽ lưu địa chỉ

IP và thông tin địa chỉ phần cứng tương ứng vào bộnhớ cache của nó cho những lần tìm kiếm tiếp theo

Khi thực hiện truyền gói, một máy tính luôn luôn

tìm trong bộ nhớ cache của nó cho một sự liên kết trước khi gửi một yêu cầu ARP

Nếu nó tìm thấy sự liên kết trong bộ nhớ cache của

nó, máy tính sẽ không cần quảng bá trên mạng

Trang 21

7 ARP cache Timeout

Giả thết rằng A gửi cho B một yêu cầu ARP và B

đã hồi âm lại, và giả thiết sau đó B có sự cố

Máy A đã có thông tin liên kết địa chỉ cho B trong

bộ nhớ cache của nó, máy A tiếp tục gửi gói đến máy B

Máy A không biết rằng thông tin trong bộ nhớ

cache ARP của nó đã trở nên không đúng

Khắc phục: sử dụng bộ định thời với trạng thái

thông tin sẽ bị xoá khi hết thời gian định thời

Khi nào thông tin liên kết địa chỉ bị thay đôi trong

bộ nhớ cache ARP, giao thức sẽ yêu cầu thiết lập

bộ định thời với thời gian timeout khoảng 20 phút

Trang 22

7 ARP cache Timeout

Khi hết thời gian định thời, thông tin đó phải bị loại

bỏ

Sau khi loại bỏ:Nếu không có gói tin nào được gửi

đến đích, sẽ không có chuyện gì xảy ra

Nếu một gói phải được gửi đến đích và trong bộ

nhớ cache ARP không có thông tin của sự liên kết, máy tính sẽ theo thủ tục thông thường của việc

quảng bá một yêu cầu ARP

Nếu đích đến vẫn không thể đạt tới được, người gửi

sẽ biết rằng đích đến đang off-line

Trang 23

8 Sự cải tiến ARP

A gửi một yêu cầu tới B bao gồm cả sự liên

kết địa chỉ IP vào địa chỉ vật lý của A

B trích địa chỉ liên kết của A và lưu địa chỉ

liên kết đó vào trong bộ nhớ cache ARP của B

Các máy trên mạng nhận được yêu cầu ARP

cũng trích ra và update sự liên kết địa chỉ

vào bộ nhớ cache của chúng

Trang 24

9 Mối quan hệ giữa ARP và các giao thức

ARP là một giao thức mức thấp ẩn bên dưới

của địa chỉ vật lý mạng, cho phép gán một địa chỉ IP bất kỳ tới mỗi máy

Chúng ta nghĩ rằng ARP là một phần của hệ

thống mạng vật lý chứ không phải là một phần của những giao thức internet

Trang 25

10 Sự thi hành ARP

Các yêu cầu quảng bá ARP đầu tiên cũng có thể bị

mất, vì thế các Host phải lưu trữ những gói gốc này

để chúng có thể được truyền lại

Khi một gói ARP đến, máy thu phải xem đó là một

yêu cầu ARP, hay hồi âm ARP, xem đích đến của yêu cầu:nếu đích đến là nó, nó sẽ gửi lại một hồi

âm, nếu đích đến không phải là nó, nó sẽ yêu cầu một ánh xạ tới một vài máy khác ở trên mạng

Thông thường phần mềm ARP sắp xếp các gói

được thêm vào trên một hàng Khi hồi âm đến và địa chỉ liên kết đã được biết, phần mềm ARP sẽ

loại bỏ các gói khỏi hàng đó, đưa mỗi gói vào trong một khung và sử dụng sự liên kết địa chỉ để điền đầy vào địa chỉ vật lý đích

Trang 26

11 Sự nhận dạng ARP

Để nhận dạng, bên gửi phải gán một giá trị đặc biệt vào trường Frame Header và đưa bản tin ARP vào trường dữ liệu của khung

Đối với Ethernet thì khung mang bản tin ARP có trường kiểu loại là 080616

Trang 27

12 ARP Protocol Format

Dữ liệu trong gói ARP không có một khuôn

dạng Header cố định

Chiều dài của trường chứa địa chỉ phụ thuộc

vào kiểu mạng

Một bản tin ARP bất kỳ thì Header bao gồm

những trường cố định định rõ chiều dài của các địa chỉ tìm thấy trong các trường kế tiếp

Trang 28

Trang 29

Trường HARDWARE TYPE có giá trị là 1cho Ethernet

Trường PROTOCOL TYPE mang giá trị 080016 cho địa chỉ

IP

Trường OPERATION chỉ rõ một APR request (1), APR

response (2), RARP request (3), hoặc RARP response (4)

Trường HLEN và PLEN chỉ rõ độ dài của địa chỉ phần cứng

và độ dài của địa chỉ giao thức mức cao

Địa chỉ phần cứng và địa chỉ IP được cung cấp trong trường

SENDER HA và SENDER IP

Khi tạo ra một request, phía gửi cũng sẽ cung cấp địa chỉ

phần cứng đích (RARP) hoặc địa chỉ IP đích (ARP) sử dụng trường TARGET HA hoặc TARGET IP

Trang 30

Ánh xạ địa chỉ MAC vào địa chỉ IP

1 Giới thiệu

Địa chỉ mạng vật lý là địa chỉ mức thấp và

phụ thuộc vào phần cứng

Mỗi một máy sử dụng TCP/IP được gán

một hoặc nhiều địa chỉ IP 32 bit là phụ

thuộc vào địa chỉ phần cứng của máy

Thông thường địa chỉ IP của máy tính được

giữ trong bộ nhớ thứ cấp để hệ điều hành sẽ tìm trong đó khi khởi động

Câu hỏi đặt ra là: một máy sẽ xác định được

địa chỉ IP của nó bằng cách nào khi nó

không có một đĩa thường trực?

Trang 31

1 Giới thiệu

Vì các máy cần có một địa chỉ IP trước khi sử dụng

giao thức truyền file TCP/IP chuẩn để có được

những hình ảnh khởi động đầu tiên của chúng

Giải pháp:một máy cần biết địa chỉ IP của nó sẽ gửi

một yêu cầu tới một server trên máy khác và đợi cho đến khi server đó gửi lại một hồi âm

Địa chỉ internet của máy đó phải nhận dạng duy

nhất chính nó thì server mới có thể tìm kiếm đúng địa chỉ internet và gửi lại một hồi âm

Để bên gửi biết được địa chỉ vật lý của một server,

nó phải quảng bá yêu cầu tới tất cả các máy trên mạng cục bộ, một hoặc nhiều server sẽ hồi âm

Trang 32

2 Giao thức phân giải địa chỉ ngược (RARP)

Có một thành phần của thông tin nhận dạng duy

nhất sẵn sàng để dùng đó là địa chỉ mạng vật lý của

máy

Sử dụng địa chỉ vật lý như một sự nhận dạng duy

nhất có hai ưu điểm: + một host có được địa chỉ vật lý của nó từ giao

diện phần cứng mạng

+ Những địa chỉ đó luôn sẵn sàng để dùng vàkhông phải liên kết vào bên trong mã khởi động

Vấn đề phân giải địa chỉ ngược: đưa ra một địa chỉ

mạng vật lý, tạo ra một tổ hợp cho phép một server

ánh xạ địa chỉ vật lý vào bên trong một địa chỉ

internet

Trang 33

RARP được phỏng theo từ giao thức ARP

Bản tin RARP được gửi đi từ một máy vào

bên trong phần dữ liệu của một khung mạng

Ví dụ: một khung Ethernet mang một yêu

cầu RARP có phần mào đầu, địa chỉ nguồn

và địa chỉ đích của Ethernet và trường kiểu gói ở trước khung

Kiểu khung chứa giá trị 803516 để nhận

dạng nội dung của khung như một bản tin RARP Phần dữ liệu của khung chứa bản tin RARP dài 28 octet

Trang 34

Trang 35

Bên gửi quảng bá một yêu cầu RARP để chỉ

rõ chính nó vừa là máy gửi vừa là máy đích

và cung cấp địa chỉ vật lý mạng của nó

trong một trường địa chỉ phần cứng đích

Tất cả các máy tính trên mạng nhận được

yêu cầu, nhưng chỉ những máy được quyền cung cấp dịch vụ RARP xử lý yêu cầu và

gửi lại hồi âm

Những máy tính này được biết như là các

RARP server

Để RARP thành công thì mạng phải có ít

nhất một RARP server.

Trang 36

Những server trả lời các yêu cầu bằng cách

điền vào trường giao thức địa chỉ đích, thay đổi kiểu bản tin từ yêu cầu sang hồi âm và gửi hồi âm quay thẳng lại tới máy đưa ra yêu cầu

Máy gốc nhận những hồi âm từ tất cả các

RARP server

Trang 37

3 Timing RARP

Giống như bất kỳ sự truyền tin trên một mạng

chuyển phát có hiệu suất cao,những yêu cầu RARP

và những đáp ứng dễ bị mất

Bởi vì RARP sử dụng trực tiếp mạng vật lý, không

có phần mềm giao thức nào khác tính thời gian đáp ứng hoặc truyền lại yêu cầu và phần mềm RARP phải đảm nhận nhiệm vụ đó

Một vài máy tính phụ thuộc vào RARP để khởi

động, sẽ chọn việc thử lại cho đến khi chúng nhận được một đáp ứng

Việc sử dụng một thời gian trễ dài để chắc chắn

rằng các server có đủ thời gian để đáp ứng yêu cầu

và trả lời

Trang 38

4 RARP server sơ cấp

Việc có nhiều máy tính có tính năng như

những RARP server làm cho hệ thống trở nên đáng tin cậy

Nếu một server bị hỏng hoặc bị quá tải cho

việc đáp ứng, một server khác sẽ trả lời yêu cầu

Nhưng mạng sẽ trở nên bị quá tải bởi vì tất

cả các server đều đáp ứng

Trang 39

4 RARP server sơ cấp

Giải pháp:mỗi máy tạo ra những yêu cầu

RARP được gán với một server sơ cấp

bình thường thì chỉ có các server sơ cấp của

máy đó mới đáp ứng các yêu cầu RARP của máy đó

Tất cả các server khác không phải là server

sơ cấp vẫn thu nhận các yêu cầu nhưng chỉ ghi lại trong thời gian đến của nó

Nếu server sơ cấp không sẵn sàng để dùng,

máy gửi sẽ chờ đáp ứng đến khi hết khoảng thời gian timeout sau đó nó sẽ quảng bá lại yêu cầu

Tiêu đề	Quan hệ địa chỉ lớp 2&3, kỹ thuật ánh xạ địa chỉ IP và MAC
Tác giả	Ngô Quang Hà, Nguyễn Đức Minh
Trường học	Trường Đại Học XYZ
Chuyên ngành	Kỹ thuật mạng máy tính
Thể loại	Báo cáo môn học
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	40
Dung lượng	208,32 KB