Bài giảng mạng máy tính (lê minh) chương 4

Giới thiệu Giao thức IP Định tuyến Biên soạn : Lê Minh LOGO Chuyển các segment từ máy tính gởi tới máy tính nhận Các giao thức tầng mạng hoạt động trên gởi/nhận và các thiết bị mạng trun

Trang 1

Giới thiệu Giao thức IP Định tuyến

Biên soạn : Lê Minh

LOGO

Chuyển các segment

từ máy tính gởi tới

máy tính nhận

Các giao thức tầng

mạng hoạt động trên

gởi/nhận và các thiết

bị mạng trung gian (

router)

Giới thiệu

I

network data link physical

application transport network data link physical

Trang 2

Máy tính gởi: nhận

các segment từ tầng

giao vận, đóng gói

thành datagram

Máy tính nhận :

chuyển các segment

lên tầng giao vận

Router: kiểm tra và

chuyển tiếp các

datagram

Giới thiệu

I

network data link physical

application transport network data link physical

LOGO

Chức năng cơ bản của tầng mạng :

Định tuyến (routing): xác định đường đi cho các gói tin để có thể đi từ nơi gởi tới nơi nhận

• Chạy các thuật toán định tuyến ở các router để xác định “đường đi”

Chuyển tiếp (forwarding): chuyển các gói tin

từ ngõ vào của router đến ngõ ra tương ứng

của nó Giới thiệu

I

Trang 3

Các giao thức của tầng mạng:

Giới thiệu

I

forwarding table

Giao thức định tuyến

•Lựa chọn đường đi

•RIP, OSPF, BGP

Giao thức IP

•Định địa chỉ IP

•Định dạng gói tin datagram

•Nguyên tắc xử lý datagram Giao thức ICMP

•Thông báo lỗi

•Trao đổi thông tin Transport layer: TCP, UDP

Link layer physical layer

Network

layer

LOGO

Đặc điểm :

Là giao thức không hướng kết nối

Là giao thức không tin cậy

Quy định:

Định dạng gói tin của tầng mạng (IP datagram)

Cách thức đánh địa chỉ IP cho hệ thống

Cơ chế phân mảnh và hợp nhất các datagram

Giao thức IP

II

Trang 4

Định dạng IP datagram

1

32 bits

Dữ liệu (độ lớn không cố định, Thường là một TCP hay UDP segment)

16-bit identifier

Internet checksum

time to live

32 bit source IP address

Phiên bản

Giao thức IP

Chiều dài header

(bytes)

Thời gian sống

Dùng đề Phân mảnh/

hợp nhất gói tin

Chiều dài cả datagram (bytes)

Kiểu giao thức

của tầng trên

head.

len

type of service Kiểu dữ liệu

flgs fragment offset upper

layer

32 bit destination IP address Options (if any) Tùy chọn

LOGO

Định dạng IP datagram

1

32 bits

Dữ liệu (độ lớn không cố định, Thường là một TCP hay UDP segment)

16-bit identifier

Internet checksum

time to live

32 bit source IP address

head.

len

type of service flgs fragment offset upper

layer

32 bit destination IP address Options (if any)

Trang 5

Mỗi đường truyền có

MTU khác nhau: độ

dài lớn nhất của

frame dữ liệu

Các IP datagram lớn

được chia nhỏ bên

trong mạng:

datagram nhỏ hơn

datagram ở đích cuối cùng

Phân mảnh và hợp nhất các datagram

2

LOGO

Ví dụ: IP datagram có chiều dài 4000 byte

trên đường truyền có MTU 1500 byte

Datagram này được chia ra thành các datagram nhỏ hơn:

Phân mảnh và hợp nhất các datagram

2

ID

=x

offset

=0

fragflag

=0

length

=4000

ID

=x

offset

=0

fragflag

=1

length

=1500

ID

=x

offset

=1480

fragflag

=1

length

=1500 ID

=x

offset

=2960

fragflag

=0

length

=1040

Trang 6

Địa chỉ IP: 1 con số

32 bit dùng để định

danh cho cổng

(interface) của các

thiết bị trên mạng

Cổng : kết nối các

thiết bị với đường

truyền vật lý

Địa chỉ IP V.4

3

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

LOGO

Thành phần của địa chỉ IP v.4:

Cách viết: 32 bit được chia thành 4 octet, mỗi octet cách nhau một dấu chấm Thường được

viết dạng thập phân xxx.xxx.xxx.xxx

Gồm 3 thành phần chính:

• Class bit: bit nhận dạng lớp

Địa chỉ IP v.4

3

Trang 7

Phân lớp địa chỉ IPv4: chia thành 5 lớp

A,B,C,D và E

Lớp A:

Lớp B:

Lớp C:

Lớp D:

Lớp E:

3

0 Network(7 bits) Host (24 bits)

1 Network(

14 bits)

Host (16bits) 0

110 Network(

21 bits)

Host (8bits)

1110 Multicast address

1111 Future use addresses

LOGO

Nguyên tắc: không dùng các IP có tất cả các

bit của phần host id bằng 1 và bằng 0 để đánh

địa chỉ

Lớp A:

Net id: phạm vi 1 - 126 Host id: phạm vi 0.0.1 – 255.255.254

Ví dụ: 110.10.3.5

Số lượng mạng lớp A? Số lượng máy trên mỗi

mạng?

3

Trang 8

Lớp B:

Net id: phạm vi 128.0 – 191.255 Host id: phạm vi 0.1 – 255.254

Ví dụ: 151.2.255.4

• 1 IP khác cùng địa chỉ mạng với IP trên?

Số lượng mạng lớp B? Số lượng máy trên mỗi

mạng?

3

LOGO

Lớp C:

Net id: phạm vi 192.0.0 – 223.255.255 Host id: phạm vi 1 – 254

Ví dụ: 203.0.1.254

• 1 IP khác cùng địa chỉ mạng với IP trên?

Số lượng mạng lớp C? Số lượng máy trên mỗi

mạng?

3

Trang 9

Các thiết bị (máy tính, router…) xác định địa

chỉ mạng và địa chỉ máy như thế nào?

Mặt nạ mạng (net mask):

Vd:

• IP: 154.210.2.65

• net mask: 255.255.0.0

Quy định viết địa chỉ: IP/số bit 1 của mask

Vd: 154.210.2.65/16

3

LOGO

Mạng con (subnet):

Lấy thêm một số bit của phần host id làm net

id (subnet id)

Xác định bằng mặt nạ mạng con (subnet mask)

• Vd: 223.2.5.129/ 26

mạng con (subnet mask)?

3

Trang 10

Mạng con (subnet):

Số lượng mạng con tạo ra được từ 1 địa chỉ

mạng gốc : (2 n ) mạng

• n : số bit lấy từ phần host id ban đầu

• Vd:

– địa chỉ mạng lớp C gốc 223.2.5.0/24, lấy 2 bit của phần host id để chia subnet.

– Số lượng mạng con có thể thành lập từ địa chỉ mạng

này là 2 2 = 4 mạng

3

LOGO

Một số địa chỉ IP đặc biệt:

Địa chỉ loopback: 127.0.0.1

Địa chỉ mạng : địa chỉ có tất cả các bit của

phần host id bằng 0

Địa chỉ quảng bá (broadcast) địa chỉ có tất cả các bit của phần host id bằng 1

255.255.255.255 : địa chỉ quảng bá cục bộ (local broadcast)

3

Trang 11

IP riêng (private) và IP chung (puplic):

IP riêng: dành riêng cho các mạng nội bộ

• Mạng riêng lớp A: 10.0.0.0 /8

• Mạng riêng lớp B: 172.16.0.0 /12

• Mạng riêng lớp C: 192.168.0.0 /16

IP chung: được quản lý bởi tổ chức InterNic

3

LOGO

Mục tiêu: xác định đường đi “tốt nhất” trên

mạng từ nút gởi đến nút nhận

Việc định tuyến được thực hiện bởi các router

Chạy các thuật toán định tuyến để xác định

đường đi Mỗi router sẽ có 1 bảng định tuyến (routing table)

Định tuyến

III

u

y x

w v

z

2 2

1

1 2

5 3

5

Trang 12

Dùng đồ thị để xây dựng các thuật toán định

tuyến

Nút : các router

Đường liên kết (link): kết nối trực tiếp các nút

với nhau

Định tuyến

III

u

y x

w v

z

2 2

1

1 2

5 3

5

LOGO

Chi phí đường liên kết (cost of link, ký hiệu c(a, b) ): phụ thuộc vào băng thông, mức độ tắt

nghẽn, thời gian trễ …

• Ví dụ: c(u,w) = 5 Chi phí đường đi (cost of path) : tổng chi phí

của các đường liên kết từ nguồn tới đích

Định tuyến : xác định đường đi có tổng chi phí

Định tuyến

III

u

y x

w v

z

2 2

1

1 2

5 3

5

Trang 13

Theo quy mô: định tuyến toàn cục (global

routing) hay phân tán (decentralized routing)

Toàn cục:

• Các router phải có đầy đủ thông tin về topology

Phân tán:

• Router chỉ biết các thông tin về router láng

Phân loại thuật toán định tuyến

1

LOGO

Theo tính chất: định tuyến tĩnh (static

routing) hay định tuyến động (dynamic

routing)

Tĩnh :

Động :

• Thông số định tuyến thay đổi nhanh chóng theo chu kỳ hoặc theo sự thay đổi cấu trúc đường

truyền

Phân loại thuật toán định tuyến

1

Trang 14

Bảng định tuyến (routing table) của mỗi

router trên hệ thống được thiết lập bởi người

quản trị

Không tự động cập nhật bảng định tuyến khi

có sự thay đổi về cấu trúc mạng

Thiết lập bảng định tuyến cho router: dùng

câu lệnh

ip route địa chỉ mạng đích netmask exit interface

ip route địa chỉ mạng đích netmask next-hoop interface address

Định tuyến tĩnh

2

LOGO

Ví dụ: cho hệ thống mạng

Định tuyến tĩnh cho các router??

Kết quả : mophong\static_routing.pkt Định tuyến tĩnh

2

Trang 15

Thuật toán Dijkstra

Tất cả các nút mạng đều biết được topo mạng

và chi chí các đường liên kết của cả mạng Tính toán chi phí đường đi thấp nhất từ một nút (nguồn) đến tất cả các nút còn lại

Sau một vài bước tính toán sẽ xác định được chi phí đường đi thấp nhất tới nút đích

Ký hiệu:

• c(x,y) : chi phí đường liên kết từ nút x tới nút y, = ∞ nếu nút y không kết nối trực tiếp tới x

• D(v): chi phí đường đi hiện tại từ nguồn tới v

• p(v): nút kế cận trước v trên đường đi tới v

Thuật toán định tuyến Link state

3

LOGO

Hoạt động :

3

khởi tạo:

N' = {u}

for( tất cả các nút v)

if (v kết nối trực tiếp với u ) then ( D(v) = c(u,v) ) else D(v) = ∞

Lặp :

Tìm nút w không ở trong N' có D(w) nhỏ nhất thêm w vào N'

Cập nhật D(v) cho tất cả các nút v kết nối trực tiếp tới w và không ở trong N' :

D(v) = min( D(v), D(w) + c(w,v) )

dừng lại khi tất cả các nút đều có trong N'

Trang 16

Ví dụ:

3

u

y x

w v

z

2 2

1

1 2

5 3

5

Bước

0

1

2

3

4

5

N' u ux uxy uxyv

uxyvw

uxyvwz

D(v),p(v) 2,u 2,u 2,u

D(w),p(w) 5,u 4,x 3,y 3,y

D(x),p(x) 1,u

D(y),p(y)

∞ 2,x

D(z),p(z)

∞

4,y 4,y 4,y

LOGO

Ý tưởng:

Gọi d v (z): chi phí đường

c(u,v) : chi phí đường liên kết từ u tới nút v kế

Khi đó:

d u (z) = min{c(u,v)+ d v (z) ,c(u,x) + d x (z),

c(v,w) + d w (z)}

= min{ 2 + 5, 1 + 3, 5 + 3 } = 4

Thuật toán định tuyến Distance Vector

4

u

y x

w v

z

2 2

1

1 2

5 3

5

Trang 17

Thuật toán D-V:

• Biết chi phí đường link (c ) từ nó tới các nút kế cận

• Biết chi phí đường đi (d )

nhỏ nhất từ các nút kế

cận tới nút đích

đường đi nhỏ nhất từ nó

tới đích

Mỗi nút sẽ gởi thông số chi phí đường đi nhỏ

các nút kế cận

Việc gởi ( quảng bá) thông số được tiến hành theo chu kỳ

4

u

y x

w v

z

2 2

1

1 2

5 3

5

LOGO

Ví dụ:

4

1 2 7

y

Trang 18

Chia các router thành các vùng nhỏ, gọi là các

miền tự quản (AS: Autonomous System)

Các router trong cùng một miền AS chạy cùng

một thuật toán định tuyến nội miền ( intra-AS

routing protocol)

Các router trong các miền AS khác nhau có

thể chạy các thuật toán định tuyến khác nhau

Định tuyến phân cấp

5

3b

1d

3a

1c

2a AS3

AS1

AS2

1a

2c 2b 1b

3c

LOGO

Gateway Router : nối các miền AS lại với

nhau

Chạy các thuật toán:

(Intra-AS routing)

(Inter-AS routing)

Định tuyến phân cấp

5

Intra-AS Routing algorithm

Inter-AS Routing algorithm

Routing table

3b

1d

3a

1c

2a AS3

AS1

AS2

1a

2c 2b 1b

3c

Gateway Router

Trang 19

Các giao thức định tuyến nội miền : RIP,

OSPF, EIGRP

Giao thức định tuyến liên miền : BGP

RIP (Routing Information Protocol)

Dùng thuật toán Distance Vector Chi phí đường đi : số lượng router sẽ phải qua

để tới đích (hoop-count) Trao đổi bảng định tuyến theo chu kỳ 30s

OSPF (Open Shortest Path First)

Dùng thuật toán định tuyến Link State

Giao thức định tuyến động

6

Định dạng
Số trang	19
Dung lượng	1,31 MB