chương 3 mạng viễn thông mạng IP

Media physical Ưu điểm của kết nối mạng IP Giao thức IP được sử dụng rộng rãi trên phạm vi toàn cầu cho kết nối mạng dữ liệu vì: mạng sử dụng giao thức IP loại bỏ ranh giới giữa dị

Trang 1

T-K N ộ i dung chương 3:

Mạng viễn thông

Mạng IP

Mạng máy tính

10.0.0.2 10.0.0.3

16.0.0.3 16.0.0.5 12.0.0.5

10.0.0.1

M¹ng 10 12.0.0.3 12.0.0.4

12.0.0.7 16.0.0.2

M¹ng 12

M¹ng 16

Host

Router

Mạng IP

Lý thuyết

Bộ giao thức TCP/IP

Lớp ứng dụng

Lớp vận chuyển

Giao thức UDP

Giao thức TCP

Lớp liên mạng

Giao thức IP

Cấu trúc gói tin IP

QoS trong mạng IP

Minh họa hoạt động của mạng IP

Mô hình OSI và TCP/IP

Lớp ứng dụng Lớp trình diễn Lớp phiên Lớp vận chuyển Lớp mạng Lớp liên kết dữ liệu Lớp vật lý

Lớp ứng dụng Lớp vận chuyển Lớp Internet Lớp giao diện mạng

TCP: Transmission Control Protocol: Giao thức điều khiển truyền dẫn TCP/IP protocol suite: Chồng/ bộ giao thức TCP/IP

Trang 2

Bộ giao thức TCP/IP

Bộ giao thức TCP/IP được chia thành bốn

lớp/tầng:

Lớp 4- Application layer (lớp ứng dụng)

Lớp 3- Transport layer (lớp vận chuyển)

Lớp 2- Internet Layer (lớp Internet – đôi khi được

gọi là lớp liên mạng)

Lớp 1- Network Access Layer/ Network Interface

and Hardware (lớp truy nhập mạng, đôi khi được

gọi là lớp giao diện mạng)

Công nghệ IP và Mạng Internet

RARP ARP

TCP

Data link

IP

UDP

DNS

Application

Transport

Network

Link

FTP Telnet

RIP

IGMP ICMP BGP OSPF

TFTP etc

Media (physical)

Ưu điểm của kết nối mạng IP

Giao thức IP được sử dụng rộng rãi trên phạm vi

toàn cầu cho kết nối mạng dữ liệu vì:

mạng sử dụng giao thức IP loại bỏ ranh giới giữa dịch

vụ số liệu và thoại

giao thức IP độc lập với lớp liên kết dữ liệu

các mạng IP được xây dựng dựa trên các tiêu chuẩn

toàn cầu của IETF

phần cứng và phần mềm IP cung cấp độ tin cậy và

chất lượng dịch vụ số liệu cao hơn trước đây

Lớp này cung cấp các dịch vụ dưới dạng các giao thức cho ứng dụng của người dùng Một số ứng dụng thường gặp:

FTP: Đây là một dịch vụ hướng kết nối và tin cậy, sử dụng TCP để cung cấp truyền tệp giữa các hệ thống hỗ trợ FTP.

HTTP: Trao đổi các tài liệu siêu văn bản để hỗ trợ WEB.

SMTP: Truyền thư điện tử giữa các máy tính

www: lưu trữ thông tin

email: gửi/soạn văn bản, gửi kèm

SNMP: Giao thức quản lý mạng đơn giản.

Telnet: Cho phép các phiên đăng nhập từ xa giữa các máy tính

Hệ thống quản lý tên miền (DNS: Domain Name System

…

Lớp ứng dụng

Trang 3

Dịch vụ tờn miền DNS(domain name)

Dùng thay địa chỉ IP

ánh xạ giữa địa chỉ IP và tên miền:

Tệp host hoặc DNS

Cấu tạo: ptit.edu.vn

ptit: Tên máy chủ

edu: Tên miền mức hai (Do tổ chức quản lý mạng quốc gia quy định)

vn: Tên miền mức cao nhất (Mã quốc gia; com; edu; net;int; org; mil; gov)

ROOT

COM EDU ORG NET

VN

INFOR

VNN PTIT

World Wide Web

Dịch vụ rất phổ biến

Biểu diễn thông tin dưới dạng siêu văn bản

Hoạt động theo mô hình client/server

Internet

Trình duyệt Web

Máy chủ Web

Trang Web

Trỡnh duyệt WEB

Thư điện tử (Email)

Dịch vụ phổ biến nhất

Nguyên tắc “lưu và chuyển tiếp”

Người dùng cần có tài khoản (account) thư

Gửi, nhận thư: Outlook Express; Eudora

Thư điện tử trên Web: yahoo.com; hotmail.com Người gửi

Internet

Người nhận

Trang 4

Truyền tệp

Cho phép truyền tệp (FTP)

Người dùng cần tài khoản FTP

Người dùng

Máy chủ tệp Tệp

ftp tên miền hoặc

địa chỉ IP

Internet

Lớp vận chuyển (Transport layer)

Lớp vận chuyển chịu trỏch nhiệm chuyển phỏt toàn bộ thụng bỏo từ tiến trỡnh đến tiến trỡnh (process-to-process).

Hai giao thức lớp này: TCP và UDP, mỗi giao thức cung cấp một loại dịch vụ giao vận:

Hướng kết nối

Phi kết nối

Giao thức UDP (User Datagram Protocol)

UDP là một giao thức truyền thụng phi kết nối

và khụng tin cậy.

UDP cú trỏch nhiệm truyền cỏc thụng bỏo từ

tiến trỡnh đến tiền trỡnh, nhưng khụng cung cấp

cỏc cơ chế giỏm sỏt và quản lý

UDP cũng cung cấp cơ chế gỏn và quản lý cỏc

số cổng định danh duy nhất cho cỏc ứng dụng

chạy trờn một trạm của mạng

Giao thức UDP

Đẩy chức năng điều khiển luồng và nghẽn lờn lớp ứng dụng

Khụng cú khả năng đỏp ứng nghẽn, nếu gặp nghẽn cú thể

sẽ gõy sập mạng (“đứt” mạng)

Do ớt chức năng phức tạp nờn UDP thường được dựng cho cỏc ứng dụng khụng đũi hỏi độ tin cậy cao trong giao vận

Source Port Destination Port

UDP Header

Segment length Checksum

0 4 10 16 31

Trang 5

Giao thức TCP: Nhiệm vụ của TCP

Sắp xếp, đảm bảo rằng các gói đến đúng thứ tự phía thu

Kiểm tra và sửa lỗi phần dữ liệu của người sử dụng

Điều khiển luồng giữa các máy chủ

Phân đoạn

TCP cơ bản: Sau khi nhận được một gói sẽ gửi trả về ACK

Để giảm bớt số lượng ACK (tránh lãng phí băng thông Æ cải biến giao thức để sau khi nhận được một số lượng gói nhất định, TCP sẽ gửi xác nhận

Ví dụ: nếu chúng ta ở phía nhận và số lượng gói được quy định là 3 thì chúng ta gửi xác nhận cho phía gửi sau khi đã nhận được 3 gói

Ưu điểm của việc làm này là TCP có thể điều chỉnh việc gửi

và nhận các gói tin

Ví dụ: Hai người có thể thoả thuận với nhau về một phiên truyền thông Người gửi sẽ bắt đầu gửi 4 gói, sau đó 8 gói, sau đó 16 gói và cứ như vậy cho tới khi nhận được xác nhận phía người nhận rằng một số gói đã bị mất

Lớp vận chuyển

Sequence Number

Acknowledgement Number

TCP datagram

Header

Length unused Flags Window

Checksum Urgent Pointer

Option Padding

UDP Header

Segment length Checksum

0 4 10 16 31

Data (if any)

Cấu trúc gói/datagram TCP và UDP

So sánh ứng dụng 2 giao thức lớp vận chuyển trong m ô hình TCP/IP

Tin cậy Trễ Điều khiển luồng

và nghẽn

Độ phức tạp của giao thức

Trang 6

Lớp liên mạng trong chồng giao thức TCP/IP

tương ứng với lớp mạng trong mô hình OSI

Chức năng chính của lớp liên mạng là đánh địa

chỉ lôgic và định tuyến gói tới đích

Giao thức đáng chú ý nhất ở lớp liên mạng

chính là giao thức liên mạng (IP – Internet

Protocol)

Ngoài ra còn có một số giao thức khác như

ICMP, ARP và RARP

Lớp liên mạng: Giao thức IP

Các giao thức lớp liên mạng

Giao thức Internet (IP) là giao thức

chuyển mạch gói phi kết nối

không tin cậy

dựa trên nguyên lý nỗ lực tốt nhất Nỗ lực nhất ở

đây có nghĩa IP không cung cấp chức năng theo dõi và kiểm tra lỗi Nó chỉ cố gắng chuyển gói tới đích chứ không có sự đảm bảo

Giao thức này làm việc tại lớp mạng, tương đương với lớp 3 trong mô hình OSI

IP: Internet Protocol

OSI: Open System Interconnection

Nếu độ tin cậy là yếu tố quan trọng, IP phải

hoạt động với một giao thức lớp phía trên tin

cậy, chẳng hạn TCP

Số hiệu nhận dạng được sử dụng ở lớp liên

mạng của bộ giao thức TCP/IP được gọi là địa

chỉ liên mạng (địa chỉ IP)

địa chỉ nhị phân 32 bít

được thực thi trong phần mềm

dùng để định danh duy nhất và toàn cục một trạm

hoặc một router trên liên mạng

Giao thức ICMP:Giao thức thông báo điều khiển liên mạng (Internet Control Message Protocol)

Giao thức IGMP: Quản lý các nhóm cho truyền Multicast

Giao thức ARP và RARP

RARP Ethernet

RARP server Ethernet

arp: who has

192.168.12.13?

tell me!

(I’m

What’s my IP address?

rarp reply

to:8:0:20:3:f6:c1,

Your IP address is:

192.168.12.42

arp reply to

192.168.12.17:

192.168.12.13 is 8:0:20:16:c3:52

A (12.17) B (12.13) C (12.1) D (12.42) Ethernet

FTP TCP

IP

ARP

Ethernet

FTP TCP

IP

ARP

Trang 7

Giao thức IP

ắ IP được thiết kế nhằm mục đớch sử dụng cú hiệu

quả tài nguyờn mạng

ắ Giao thức này cú hai thiếu hụt: thiếu điều khiển lỗi

và thiếu cỏc cơ chế hỗ trợ; IP cũng thiếu cơ chế truy

vấn Một trạm đụi khi cần xỏc định xem router hoặc

một trạm khỏc cú hoạt động khụng Một người quản

lý mạng đụi khi cần thụng tin từ một trạm hoặc

router khỏc.

Lớp liờn mạng: Giao thức IP

Giao thức IP

so urce : 1 92 1 68 1 2

de stin ation : 2 03 1 62 0 1 1

D ata

= ho sts/rou ters

on a n etw ork

D ata

Lớp liờn mạng - Cấu trỳc gúi tin IPv4

source IP address destination IP address

version hdr len type of service identification fragment offset time-to-live protocol header checksum

- options (if any)

data (if any)

-32

total length (bytes) flags

Lựa chọn: trễ tối thiểu,

thông l−ợng tối đa, tin cậy tối đa, tối thiểu giá thành

Phiên bản = 4

Thời gian sống

độ dài tối đa header tính theo từ 32 bít

Chỉ gồm phần header

Cờ đánh dấu phân mảnh

Khoảng cách

từ datagram

đầu tiên

Ví dụ: định tuyến đặc biệt

Id của datagram ban

đầu

Tổng độ dài (tính theo byte)

Địa chỉ IP nguồn

Địa chỉ IP

đích

Trang 8

Lớp liên mạng - Địa chỉ IP

Mỗi địa chỉ IP gồm 4 byte (32 bít), định nghĩa

hai phần:

địa chỉ mạng (NetID)

địa chỉ trạm (HostID)

Các phần này có chiều dài khác nhau tuỳ thuộc

vào lớp địa chỉ

Các bít đầu tiên trong phần địa chỉ mạng xác

định lớp của địa chỉ IP.

Lớp liên mạng - Địa chỉ IPv4

Lớp A 0 Địa chỉ mạng Địa chỉ trạm (24 bít)

Lớp B 1 0 Địa chỉ mạng Địa chỉ trạm (16 bít)

Lớp C 1 1 0 Địa chỉ mạng Địa chỉ trạm

(8 bít) LớpD 1 1 1 0 Địa chỉ multicast (28 bít)

Lớp E 1 1 1 1 Chưa sử dụng (28 bít)

0 1 2 3 4 7 15 23 31

Ví dụ về định tuyến

M¹ng

10.0.0.0

M¹ng 20.0.0

M¹ng 30.0.0 40.0.0.0M¹ng

10.0.0.5

20.0.0.5

20.0.0.6

30.0.0.6

30.0.0.7 40.0.0.7

Bảng định tuyến tại R Tới các hosts trên mạng Định tuyến tới địa chỉ này

Các tham số QoS trong mạng IP

Băng thông (bandwidth)

Trễ (delay)

Biến động trễ (jitter)

Tỉ lệ mất gói (packet loss)

Độ khả dụng của mạng (availability)

Độ bảo mật (security)

Trang 9

Năng lực truyền lan

Khả năng truyền dẫn

Chất lượng dịch vụ(QoS)

Khả năng

tính cước

Độ khả dụng

Mức độ tin cậy

Khả năng bảo dưỡng

Hỗ trợ bảo dưỡng

Khả năng hỗ

trợ dịch vụ

Khả năng khai

thác dịch vụ

Mức độ an toàn dịch vụ Khả năng truy

nhập dịch vụ

Khả năng duy trì dịch vụ

Mức độ hoàn hảo dịch vụ Khả năng phục vụ

Lập kế hoạch

Cung cấp

Quản lý

Tài nguyên và

sự thuận tiện

Khả năng xử lý lưu lượng

Chất lượng mạng (NP)

Độ tin cậy

giữa QoS và NP

QoS trong mạng IP

Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng trong mạng IP

Trễ truyền lan

Xử lý và hàng đợi

Truyền lan

Đúng/

Băng thụng

Là tốc độ truyền thụng tin cho một phiờn truyền

thụng (một ứng dụng trờn nền IP)/hoặc là độ

rộng băng thụng của một liờn kết trong mạng IP

64 kbit/giõy, 384kb/s, …

2 Mbit/giõy, 100 Mb/s, …

Băng thụng thụng tin phụ thuộc vào nguồn gửi

thụng tin và băng thụng khả dụng của cỏc tuyến

đường.

Băng thụng

Bài tập: Lựa chọn đường đi với

1 luồng 5Mb/s vào nỳt 1 ra nỳt 4 đến nỳt 6

2 luồng 5Mb/s vào nỳt 1 ra nỳt 6

1 luồng 7mb/s, 1 luồng 5Mb/s vào nỳt 1 ra nỳt 6

1

6

5Mb/s

10Mb/s

10Mb/s 5Mb/s 5Mb/s

5Mb/s 10Mb/s

5Mb/s

Trang 10

Trễ

Trễ là thời gian truyền trung bình của dịch vụ từ điểm vào

đến điểm ra khỏi mạng Có nhiều dịch vụ - đặc biệt là các

dịch vụ thời gian thực như truyền thông thoại- bị ảnh

hưởng rất lớn bởi trễ quá lớn và không cần thiết

Truyền thông tương tác sẽ trở thành khó khăn khi trễ

vượt quá ngưỡng 150 ms vì khi trễ vượt quá 200 ms,

người sử dụng sẽ thấy sự ngắt quãng và đánh giá chất

lượng thoại ở mức thấp Để cấp được thoại chất lượng

cao, mạng VoIP phải có khả năng đảm bảo trễ nhỏ

Khuyến nghị ITU-T G.114 giới hạn thời gian trễ vòng tối

đa chấp nhận được là 300 ms giữa hai gateway VoIP (trễ

mỗi chiều là 150ms)

Trễ trong mã hóa VoIP

Bộ mã hóa Tốc độ Khối mẫu yêu

cầu

Trễ của bộ mã hóa trong trường hợp tốt nhất

Trễ của bộ mã hóa trong trường hợp tồi nhất

ADPCM, G.726

32 Kb/s 10ms 2,5ms 10ms CS-ACELP,

G.729A

8 Kb/s 10ms 2,5ms 10ms

MP-MLQ, G.723.1

6,3 Kb/s 30ms 5ms 20ms MP-ACELP,

G.723.1

5,3 Kb/s 30ms 5ms 20ms

Thành phần gây trễ trong mạng

Trễ xử lý

Trễ hàng đợi

Trễ lan truyền

Trễ truyền lan (P1) Trễ truyền lan (P1)

Trễ xử lý và hàng đợi (Q1) Trễ xử lý và hàng đợi (Q1)

Trễ đóng/mở gói

Trễ mở/đóng gói

Trang 11

Trễ (delay)

Bài tập về tính trễ VoIP

Số lượng nút trung gian: 5

Mã hóa G.723.1

Trễ xử lý trung bình 2ms

Trễ hàng đợi trung bình 2ms

Khoảng cách: 1000Km

(P1)

Trễ xử lý và hàng đợi

(Q1)

Trễ xử lý và hàng đợi

(Q1)

Trễ đóng/mở

gói

Biến động trễ

Biến động trễ là sự khác biệt về trễ của các gói khác nhau cùng trong một dòng lưu lượng

Biến động trễ có tần số cao được gọi là jitter trong khi biến động trễ có tần số thấp được gọi là wander

Jitter chủ yếu do sự sai khác về thời gian xếp hàng của các gói liên tiếp trong một luồng gây ra và là vấn đề quan trọng nhất của QoS

Jitter quá nhiều có thể được xử lý bằng bộ đệm, song nó lại làm tăng trễ nên lại nảy sinh các khó khăn khác Với các cơ cấu loại

bỏ thông minh, các hệ thống IP Telephony/VoIP sẽ cố đồng bộ luồng thông tin bằng cách loại bỏ gói theo kiểu chọn lựa, nhằm tránh hiện tượng “walkie-talkie” gây ra khi hai phía hội thoại có trễ đáng kể

Tổn thất gói

Tổn thất, hoặc là bit hoặc là gói, có ảnh hưởng

lớn với dịch vụ IP

Trong khi truyền thoại, việc mất nhiều bit hoặc gói

của dòng tin có thể tạo ra hiện tượng nhảy (pop)

thoại gây khó chịu cho người sử dụng

Trong truyền dữ liệu, việc mất một bit hay nhiều gói

có thể tạo gây hiện tượng không đều trên màn hình

nhất thời song hình ảnh (video) sẽ nhanh chóng

được xử lý như trước

Tuy nhiên, nếu việc mất gói xảy ra theo dây chuyền,

thì chất lượng của toàn bộ việc truyền dẫn sẽ xuống

cấp

Là tỉ phần thời gian mạng hoạt động trên tổng thời gian Giới hạn thông thường cho mạng thoại là 99,999% (năm con chín) hoặc là khoảng 5,25 phút không hoạt động trong 1 năm Độ khả dụng đạt được thông qua sự kết hợp của độ tin cậy thiết bị với khả năng sống của mạng Độ khả dụng là một tính toán xác suất

Æ không chỉ tính đơn giản bằng các tổng hợp các con số

Độ khả dụng

A

D

85%

90%

70%

95%

Trang 12

Độ khả dụng

Tính sẵn sàng của

mạng Tổng thời gian ngừng hoạt động trong một năm

Độ bảo mật

Độ bảo mật (security) liên quan tới tính riêng tư,

sự tin cậy và xác nhận khách và chủ

Các vấn đề liên quan đến bảo mật thường được gắn với một vài hình thức của phương pháp mật

mã (mã hóa và giải mã) của cả phía mạng và thiết bị đầu cuối phía người sử dụng

Có thể thực hiện một phần bảo mật qua firewall, xác nhận ID và password, nhận thực …

Các phương pháp cải thiện QoS

trong mạng IP

Do đặc điểm của loại hình dịch vụ lưu lượng thoại

IP cần được hỗ trợ các biện pháp tăng cường

mức QoS để đảm bảo việc thỏa mãn cho các yêu

cầu từ phía người sử dụng Có nhiều phương

pháp hỗ trợ chất lượng dịch vụ trong mạng IP

Hầu hết các mạng được triển khai với vài mức

QoS ở lớp 3, hỗ trợ các loại dịch vụ sau:

Xúc tiến hướng đi cho các khung điều khiển

Đảm bảo hướng đi cho lưu lượng VoIP

Nỗ lực tối đa cho tất cả các lưu lượng dữ liệu khác

Các phương pháp cải thiện QoS trong mạng IP (cont.)

Các biện pháp từ phía người sử dụng

tăng cường độ thông minh của các thiết bị đầu cuối

sử dụng dịch vụ vào những thời điểm hợp lý

Trễ đóng/mở gói

Các biện pháp từ phía mạng

Tốc độ truy nhập cam kết

Xếp hàng trên cơ sở lớp

Lớp dịch vụ

Các dịch vụ phân biệt

Quyền ưu tiên IP

Chuyển mạch nhãn đa giao thức

Định dạng
Số trang	15
Dung lượng	1,24 MB