Các giao thức định tuyến cổng nội trong mạng IP

Các giao thức định tuyến cổng nội trong mạng IP

MỤC LỤC

M C L C Ụ Ụ 1

THU T NG VI T T T Ậ Ữ Ế Ắ 1

L I NÓI Ờ ĐẦ 1 U 2

CH ƯƠ NG 1 3

T NG QUAN V M NG IP Ổ Ề Ạ 3

1.1 Mô hình tham chi u OSI ế 3

1.1.1 Ch c n ng các t ng trong mô hình OSI ứ ă ầ 4

1.1.2 Các giao th c chu n c a mô hình OSI ứ ẩ ủ 4

1.1.3 Ph ươ ng th c ho t ứ ạ độ ng c a các t ng trong mô hình OSI ủ ầ 7

1.1.4 Truy n d li u trong mô hình OSI ề ữ ệ 8

1.2 B giao th c TCP/IP ộ ứ 9

1.2.1 S thúc ự đẩ y cho vi c ra ệ đờ ủ i c a TCP/IP 9

1.2.2 C u trúc phân l p c a TCP/IP ấ ớ ủ 10

1.3 So sánh hai mô hình TCP/IP và mô hình OSI 13

1.4 Phân lo i m ng IP ạ ạ 14

1.5 Giao th c IP ứ 15

1.5.1 T ng quan v giao th c IP ổ ề ứ 15

1.5.2 Các ch c n ng c a IP ứ ă ủ 16

1.5.3 Giao di n v i các giao th c l p trên và l p d ệ ớ ứ ở ớ ớ ướ 16 i 1.5.4 a ch IP Đị ỉ 17

1.5.5 Các ph ươ ng pháp gán a ch IP đị ỉ 28

1.5.6 Th t byte và a ch IP ứ ự đị ỉ 29

1.5.7 C u trúc gói d li u IP ấ ữ ệ 29

1.5.8 óng gói d li u Đ ữ ệ 34

1.5.9 Phân m nh và h p nh t các gói IP ả ợ ấ 35

1.5.10 i u khi n quá trình phân o n Đ ề ể đ ạ 39

1.6 nh tuy n IP Đị ế 39

1.6.1 Các đặ c tính c a nh tuy n IP ủ đị ế 39

1.6.2 X lý t i l p IP ử ạ ớ 42

1.6.3 Kh i t o b ng nh tuy n ở ạ ả đị ế 42

1.6.4 Thông báo l i tái nh tuy n ICMP ỗ đị ế 43

1.6.5 Các b n tin khám phá router ICMP ả 44

1.7 IPv6 46

1.8 Các giao th c khác c a l p Internet ứ ủ ớ 48

1.8.1Giao th c phân gi i a ch ARP ứ ả đị ỉ 49

1.8.2 Giao th c phân gi i a ch ng ứ ả đị ỉ ượ c RARP 53

1.8.3 Giao th c b n tin i u khi n liên m ng ICMP ứ ả đ ề ể ạ 54

1.9Các c ch truy n t i ơ ế ề ả 57

K T LU N Ế Ậ 58

CH ƯƠ NG 2 60

K THU T NH TUY N TRONG M NG IP Ĩ Ậ ĐỊ Ế Ạ 60

2.1 Khái ni m v nh tuy n ệ ề đị ế 60

2.2 Các ph ươ ng pháp nh tuy n đị ế 62

2.2.1 nh tuy n tĩnh Đị ế 62

2.2.2 nh tuy n Đị ế độ 63 ng 2.3 Các thu t toán ch n ậ ọ đườ 65 ng 2.3.1 Gi i thi u ớ ệ 65

2.3.2 Thu t toán tìm ậ đườ ng ng n nh t ắ ấ 67

2.3.3 Thu t toán Dijkstra ậ 69

2.3.4 Thu t toán Bellman-Ford ậ 71

2.4 Các lo i giao th c nh tuy n ạ ứ đị ế 73

2.4.1 nh tuy n theo vec-t kho ng cách Đị ế ơ ả 74

2.4.2 nh tuy n theo tr ng thái liên k t Đị ế ạ ế 78

2.4.3 Giao th c nh tuy n lai ghép ứ đị ế 84

K T LU N Ế Ậ 85

CHƯ NG 3 Ơ 86

GIAO TH C THÔNG TIN NH TUY N RIP Ứ ĐỊ Ế 86

3.1 M t s khái ni m c b n ộ ố ệ ơ ả 86

3.1.1 B nh tuy n ộ đị ế 86

3.1.2 H th ng t tr - AS ( Autonomous System ) ệ ố ự ị 86

3.2 Giao th c thông tin nh tuy n RIP ứ đị ế 88

3.2.1 Các lo i gói RIP ạ 89

3.2.2 nh d ng các gói tin RIP Đị ạ 89

3.2.3 Các mode ho t ạ độ ng c a RIP ủ 90

3.2.4 Tính toán các vec-t kho ng cách ơ ả 90

3.2.5 H n ch c a RIP ạ ế ủ 91

3.2.6 Giao th c thông tin nh tuy n phiên b n 2 (RIP-2) ứ đị ế ả 92

3.2.7 RIP th h k ti p cho IPv6 ế ệ ế ế 93

K T LU N Ế Ậ 96

CH ƯƠ NG 4 98

GIAO TH C OSPF Ứ 98

4.1 Gi i thi u ớ ệ 98

4.2 M t s khái ni m dùng trong OSPF ộ ố ệ 98

4.3 Phân phát các LSA 101

4.3 Các ki u gói tin OSPF ể 102

4.4 Trao đổ i thông tin gi a các node lân c n ữ ậ 103

4.5 Tr ng thái c a router lân c n - Các s ki n ạ ủ ậ ự ệ 104

4.6 B ng nh tuy n , tìm ả đị ế đ ườ ng theo b ng nh tuy n ả đị ế 104

K T LU N Ế Ậ 106

K T LU N CHUNG Ế Ậ 108

T I LI U THAM KH O À Ệ Ả 109

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ

BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên

CIDR Classless Inter-Domain Routing Định tuyến liên miền phân lớpCRC Cycle Redundancy Check Mã kiểm tra vòng

DHCP Dynamic host control protocol Giao thức cấu hình trạm hoạt

động

DSV Dynamic Source Routing Định tuyến nguồn động

EGP Exterior Gateway Protocol Giao thức cổng ngoài

FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền tệp

ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức bản tin điều khiển liên

mạngIETF Internet Engineering Task Force Nhóm đặc trách kỹ thuật InternetIGMP Internet Group Management Protocol Giao thức quản trị nhóm liên

mạngIGP Interior Gateway Protocol Giao thức cổng nội

LSA Link State Advertisement Thông báo trạng thái liên kết

MTU Maximum Transfer Unit Đơn vị truyền tối đa

OSPF Open Shortest Path First Đường dẫn đầu tiên ngắn nhấtOSI Open System Interconnection Kết nối các hệ thống mở

RIP Routing Information Protocol Giao thức thông tin định tuyến

RID Router IDentificator Router định danh

RARP Reverse Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ

ngược

SMTP Simple mail transfer protocol Giao thức truyền thư đơn giản

TFTP Trivial file transfer protocol Giao thức truyền tệp thông

thườngTCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn

UDP User Datagram Protocol Giao thức dữ liệu người dùng

VLSM Variable-Length Subnet Masks Mặt nạ mạng con có độ dài biến

đổi

LỜI NÓI ĐẦU

Từ nhu cầu của cuộc sống con người, Viễn thông ra đời như là một sự tất yếu.Với

sự phát triển liên tục và mạnh mẽ, Viễn thông đã , đang và sẽ đáp ứng nhu cầu ngày càngcao của cuộc sống, đem lại những lợi ích thiết thực, những dịch vụ mới đa dạng và phongphú

Mạng IP và các ứng dụng công nghệ IP với nhiều ưu điểm như tính linh hoạt, khảnăng mở rộng dễ dàng, hiệu quả sử dụng cao,…đang chiếm ưu thế trên thị trường Viễnthông thế giới và ở Việt Nam quá trình IP hoá cũng đang phát triển rất nhanh chóng Đứngtrước tình hình đó, việc nghiên cứu, tìm hiểu mạng IP và các ứng dụng của nó là rất cầnthiết.Nhưng điều này cũng đòi hỏi phải tốn nhiều thời gian và công sức vì có rất nhiều vấn

đề cần nghiên cứu Trong tài liệu này chúng ta sẽ tìm hiểu một vấn đề của định tuyến trongmạng IP

Định tuyến là một chức năng không thể thiếu trong bất kỳ mạng viễn thông nào.Mục đích của định tuyến là chuyển thông tin từ một điểm trong mạng (nguồn) tới một hoặcnhiều điểm khác (đích) Mỗi khi thực hiện thiết kế, xây dựng một mạng mới, hay cải tiếnmột mạng đã có, người thiết kế mạng phải đặc biệt quan tâm tới vấn đề định tuyến, bởihoạt động của một mạng có hiệu quả hay không, chất lượng của các dịch vụ cung cấp trênmạng có thoả mãn được yêu cầu của người sử dụng mạng hay không phụ thuộc rất nhiềuvào việc định tuyến trong mạng đó

Trải qua một quá trình phát triển mạnh, rất nhiều phương pháp, kỹ thuật định tuyến

đã được đưa ra Nghiên cứu về các kỹ thuật định tuyến là một lĩnh vực nghiên cứu rất rộnglớn bởi mỗi mạng cần có một chiến lược định tuyến cho riêng mình, phù hợp với mục đíchtruyền dẫn, phù hợp với công nghệ mạng, phù hợp với yêu cầu của những người sử dụngmạng để trao đổi thông tin Không thể áp đặt hoàn toàn một chiến lược định tuyến củamột mạng lên một mạng khác Do đó, đối với người thiết kế mạng, khi xác định kỹ thuậtđịnh tuyến để sử dụng trong một mạng mới, cần phải nắm được những điều cơ bản về địnhtuyến Bên cạnh đó, cần phải biết kỹ thuật định tuyến được sử dụng trong một số mạng cóđặc điểm tương tự, Từ đó, có thể định ra được chiến lược định tuyến thích hợp cho mạngcủa mình Đối với những người nghiên cứu mạng, kỹ thuật định tuyến trong mạng là mộtđiều rất đáng quan tâm

Kĩ thuật định tuyến trong mạng IP gồm kĩ thuật định tuyến nội (định tuyến trong) và

kĩ thuật định tuyến ngoại (định tuyến ngoài ), trong đó các giao thức định tuyến là nền tảngcủa các kỹ thuật định tuyến Đồ án tốt nghiệp “ Các giao thức định tuyến cổng nội trongmạng IP ” sẽ đưa ra kiến thức cơ bản về mạng IP , định tuyến trong mạng IP và các giaothức định tuyến cổng nội trong mạng IP.Đồ án được xây dựng nhằm mục đích tự tìm hiểu,trang bị thêm kiến thức cơ bản, nâng cao hiểu biết cho người viết, củng cố nền tảng choquá trình công tác, nghiên cứu mạng sau này Đồng thời, nếu có thể, làm một tài liệu thamkhảo cho những người quan tâm

Đồ án được xây dựng gồm 4 chương :

 Chương 1-Tổng quan về mạng IP: Cung cấp một cái nhìn tổng quan về mạng IP và

những khái niệm cơ bản trong mạng IP

 Chương 2-Kỹ thuật định tuyến trong mạng IP: Trình bày các kỹ thuật định tuyến,

các phương pháp định tuyến cùng một số thuật toán chọn đường trong mạng IP,…

 Chương 3-Giao thức thông tin định tuyến RIP: Tìm hiểu về hệ thống tự trị, khái

niệm về giao thức định tuyến cổng nội và giao thức định tuyến cổng ngoại trong mạng

IP Mục đích của chương này là trình bày về giao thức định tuyến cổng nội trong mạng

IP sử dụng định tuyến theo vectơ khoảng cách, đó là giao thức RIP.

 Chương 4-Giao thức OSPF: Trình bày về giao thức định tuyến cổng nội trong mạng

IP sử dụng định tuyến theo trạng thái liên kết, đó là giao thức OSPF.

Như đã nói ở trên, tìm hiểu về mạng IP cần phải tốn nhiều thời gian và côngsức.Trong quỹ thời gian ít ỏi cộng với kiến thức còn hạn chế nên em chỉ trình bày đượcmột cái nhìn tổng quan cùng một vấn đề nhỏ về định tuyến trong mạng IP Và tất nhiên saisót là điều khó tránh khỏi Bởi vậy, em mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy, các cô,cùng các bạn để có thể sửa chữa, nâng cao hiểu biết của mình

Em xin cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo-TS NGUYỄN TIẾN BAN để em

có thể hoàn thành đồ án này.Em cũng xin cảm ơn các thầy cô và các bạn đã giúp đỡ emtrong quá trình hoàn thành đồ án

Hà nội, ngày25 tháng11 năm 2005

Sinh viên thực hiện:

PHẠM VĂN HIẾN

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG IP 1.1 Mô hình tham chiếu OSI

Cùng với sự bùng nổ phát triển của mạng máy tính đã có những vấn đề nảy sinh là

có nhiều nhà thiết kế và mỗi nhà thiết kế tự do lựa chọn kiến trúc mạng riêng của mình

Từ đó dẫn đến tình trạng không tương thích giữa các mạng về: Phương pháp truy nhậpđường truyền khác nhau, họ giao thức khác nhau sự không tương thích đó làm trở ngạicho quá trình tương tác giữa người dùng ở các mạng khác nhau Nhu cầu trao đổi thôngtin càng lớn thì trở ngại đó càng không thể chấp nhận được với người sử dụng Với lý do

đó tổ chức chuẩn hoá quốc tế ISO đã thành lập một tiểu ban nhằm xây dựng một khungchuẩn về kiến trúc mạng để làm căn cứ cho các nhà thiết kế và chế tạo các sản phẩmmạng Kết quả là năm 1984 ISO đã đưa ra mô hình tham chiếu cho việc kết nối các hệthống mở ( Reference Model for Open System Inter - connection) hay gọn hơn là OSIReference model Mô hình này được dùng làm cơ sở để kết nối các hệ thống mở

ISO sử dụng phương pháp phân tích các hệ thống mở theo kiến trúc phân tầng và

đã công bố mô hình OSI cho việc kết nối các hệ thống mở gồm 7 tầng

 Các nguyên lý được áp dụng cho 7 tầng như sau:

♦ Một lớp cần thiết phải tạo ở mức độ khác nhau của khái niệm trừu tượng

♦ Mỗi lớp phải thực hiện một chức năng xác định rõ ràng

♦ Chức năng của mỗi lớp phải được chọn theo quan điểm hướng tới các giao thứcchuẩn quốc tế đã được định nghĩa

♦ Ranh giới giữa các lớp phải được chọn để tối thiểu luồng thông tin đi qua các giaodiện

Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical

Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical

Mô hình OSI 7 tầng

♦ Số các lớp phải đủ lớn để phân biệt các chức năng cần thiết nhưng không đưa vàocùng một lớp quá nhiều chức năng, và phải đủ nhỏ để kiến trúc không rắc rối

 Ưu điểm của quá trình phân lớp chức năng khi xây dựng mô hình OSI

♦ Tách hoạt động thông tin mạng thành các phần nhỏ hơn, đơn giản hơn

♦ Chuẩn hoá các thực thể chức năng của mạng

♦ Cho phép các lớp chức năng phát triển một cách độc lập mà không ảnh hưởng tớitoàn cục

♦ Tạo ra sự dễ hiểu trong quá trình xây dựng, nghiên cứu giao thức

1.1.1 Chức năng các tầng trong mô hình OSI

Tầng Chức năng

1 Vật lý Cung cấp phương tiện truyền tin, thủ tục, khởi động duy trì, huỷ

bỏ các liên kết vật lý, cho phép truyền dữ liệu ở dạng bit Truynhập đường truyền vật lý nhờ các phương tiện: Cơ, điện, hàm, thủtục

4 Tầng giao

vận

Thực hiện việc truyền dữ liệu giữa hai đầu nút (end- to- end),kiểm soát lỗi và kiểm tra việc truyền dữ liệu giữa hai đầu nút Cóthể thực hiện việc ghép kênh (Multiplxing), cắt hợp dữ liệu nếucần

Hình 1.2 Chức năng các tầng trong mô hình OSI

1.1.2 Các giao thức chuẩn của mô hình OSI

Vấn đề đặt ra ở đây là hai hệ thống máy tính khác nhau có thể giao tiếp được vớinhau hay không? Ta thấy rằng mô hình OSI có thể tạo ra giải pháp để cho phép hai hệthống dù khác nhau thế nào đi nữa đều có thể truyền thông được với nhau nếu chúng đảmbảo những điều kiện sau đây:

♦ Chúng cài đặt cùng một tập các chức năng truyền thông

♦ Các chức năng đó được tổ chức thành một tầng Các tầng đồng mức phải cung cấpcác chức năng như nhau ( Phương thức cung cấp không nhất thiết giống nhau )

♦ Các tầng đồng mức phải sử dụng cùng một giao thức

Để đảm bảo những điều trên cần phải có các chuẩn Các chuẩn phải xác định cácchức năng và dịch vụ được cung cấp bởi một tầng Các chuẩn cũng phải xác định cácgiao thức giữa các tầng đồng mức Mô hình OSI 7 tầng chính là cơ sở để xây dựng cácchuẩn đó

 Thực thể hoạt động trong các tầng của OSI :

Theo quan niệm của OSI, trong mỗi tầng của một hệ thống có một hoặc nhiềuthực thể (entity) hoạt động Một thực thể có thể là thực thể mềm (software entity), ví dụnhư một tiến trình trong hệ thống đa xử lý, hoặc là một thực thể phần cứng (hardwareentity) ví dụ như chíp I/O thông minh Thực thể tầng 7 được gọi là thực thể ứng dụng(Application entity); thực thể tầng 6 được gọi là thực thể trình diễn .v v

Một thực thể tầng N cài đặt dịch vụ cung cấp cho tầng N+1 Khi đó tầng N gọi làngười cung cấp dịch vụ, còn tầng N+1 gọi là người dùng dịch vụ Tầng N dùng dịch vụcủa tầng N-1 để cung cấp dịch vụ của nó Tầng N có thể đưa ra vài lớp dịch vụ, chẳnghạn như truyền thông nhanh mà đắt và truyền thông chậm mà rẻ Các dịch vụ có sẵn tạicác nút truy cập dịch vụ ( SAP-Service Access Point ) Các SAP của tầng N ở vị trí màtại đó tầng N+1 có thể truy nhập dịch vụ được đưa ra Mỗi SAP có một địa chỉ và tên duynhất Mỗi thực thể truyền thông với thực tế của tầng trên và tầng dưới nó qua một giaodiện Giao diện này gồm một hoặc nhiều điểm truy cập dịch vụ (N-1) Entity cung cấpdịch vụ cho một (N) entity thông qua việc gọi các hàm nguyên thuỷ (primitive) Hàmnguyên thuỷ chỉ rõ chức năng cần thực hiện và được dùng để chuyển dữ liệu, thông tinđiều khiển Có 4 hàm nguyên thuỷ được dùng để định nghĩa tương tác giữa các tầng liền

kề nhau, nguyên lý hoạt động của chúng được mô tả qua hình sau:

Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động của các hàm nguyên thuỷ

Request (yêu cầu ): là hàm nguyên thuỷ mà người sử dụng dịch vụ (Service user)

dùng để gọi các chức năng

Indication (chỉ báo): là hàm nguyên thuỷ mà nhà cung cấp dịch vụ(Service

Provider ) dùng để:

♦ Gọi báo một chức năng nào đó hoặc

♦ Chỉ báo một chức năng đã được gọi ở một điểm truy cập dịch vụ (SAP)

Response (trả lời ): là hàm nguyên thuỷ mà người sử dụng dịch vụ dùng để hoàn

tất một chức năng đã được gọi từ trước bởi một hàm nguyên thuỷ Indication ở SAP đó

Confirm (xác nhận) là hàm nguyên thuỷ của nhà cung cấp dịch vụ, dùng để hoàn

tất một chức năng đã được gọi từ trước bởi hàm nguyên thuỷ Request tại SAP đó

Theo sơ đồ này quy trình thực hiện một thao tác giữa hai hệ thống A và B đượcthực hiện như sau:

♦ Tầng (N+1) của A gửi xuống tầng (N) kề nó một hàm Request

Hình 1.4 Quan hệ đơn vị dữ liệu giữa các tầng kề nhau

♦ Trong hệ thống A: tầng (N+1) gửi hàm Request xuống tầng N qua SAP trên giaodiện (N+1)/N

Indication t

Tầng N

♦ Tại tầng N, kiến tạo một đơn vị dữ liệu gửi yêu cầu sang tầng N của hệ thống B quagiao thức tầng N.

♦ Trong hệ thống B: Tầng N nhận được yêu cầu đó, nó gửi lên tầng (N+1) bằng hàmIndication qua SAP trên giao diện (N+1)/N

♦ Tầng (N+1) trả lời tầng N bằng hàm Response, qua SAP của giao diện 2 tầng

♦ Tâng N , kiến tạo một đơn vị dữ liệu gửi trả lời sang tầng N của hệ thống A quagiao thức tầng N

♦ Nhận trả lời, tầng (N) của A gửi lên tầng (N+1) kề trên nó một hàm xác nhận(Confirm) kết thúc một giao tác giữa hai hệ thống Các hàm nguyên thuỷ đều đượcgọi đến ( hoặc gửi đi ) từ một điểm truy nhập dịch vụ (SAP) ở ranh giới 2 tầng(n+1) và (N) Đơn vị dữ liệu sử dụng trong giao thức tầng (N) ký hiệu là PDU.Giữa các tầng kề nhau các đơn vị dữ liệu có mối quan hệ như sau: một thực thể ởtầng N không thể truyền trực tiếp đến một thực thể tầng N+1 của hệ thống khác, màphải đi xuống tầng thấp nhất (tầng vật lý ) trong kiến trúc phân tầng nào đó Khixuống đến tầng (N) thì một đơn vị dữ liệu của tầng (N) được xem như một đơn vị

dữ liệu (SDU) của tầng (N) Phần thông tin của tầng (N), gọi là (N) SDU quá dài thìđược cắt thành nhiều đoạn, mỗi đoạn kết hợp với (N) PCI vào đầu để tạo thànhnhiều (N) PDU Quá trình như vậy được chuyển xuống cho đến tầng vật lý, ở đó dữliệu được truyền qua đường vật lý ở hệ thống nhận, quá trình diễn ra ngược lại.Qua mỗi tầng các PCI của các đơn vị dữ liệu sẽ được phân tích và cắt bỏ các headercủa các PDU trước khi gửi lên tầng trên

1.1.3 Phương thức hoạt động của các tầng trong mô hình OSI

Mỗi tầng mô hình trong tầng ISO, có hai phương thức hoạt động chính được ápdụng đó là: phương thức hoạt động có liên kết (connection-oriented) và không có liên kết(connectionless)

Với phương thức có liên kết, trước khi truyền dữ liệu cần thiết phải thiết lập mộtliên kết logic giữa các thực thể cùng tầng Còn với phương thức không liên kết thì khôngcần lập liên kết logic và mỗi đơn vị dữ liệu trước hoặc sau nó

Với phương thức có liên kết, quá trình truyền dữ liệu phải trải qua ba giai đoạntheo thứ tự thời gian

♦ Thiết lập liên kết: hai thực thể đồng mức ở hai hệ thống thương lượng với nhau vềtập các tham số sẽ được sử dụng trong giai đoạn sau

♦ Truyền dữ liệu: dữ liệu được truyền với các cơ chế kiểm soát và quản lý

♦ Huỷ bỏ liên kết (logic): giải phóng các tài nguyên hệ thống đã cấp phát cho liên kết

để dùng cho các liên kết khác

Tương ứng với ba giai đoạn trao đổi, ba thủ tục cơ bản được sử dụng, chẳng hạnđối với tầng N có: N-CONNECT ( thiết lập liên kết ), N-DATA(Truyền dữ liệu ), và N-

DISCONNECT (Huỷ bỏ liên kết )Ngoài ra còn một số thủ tục phụ được sử dụng tuỳ theođặc điểm, chức năng của mỗi tầng Ví dụ:

♦ Thủ tục N-RESTART được sử dụng để khởi động lại hệ thống ở tầng 3

♦ Thủ tục T-EXPEDITED DATA cho việc truyền dữ liệu nhanh ở tầng 4

♦ Thủ tục S-TOKEN GIVE để chuyển điều khiển ở tầng 5

Mỗi thủ tục trên sẽ dùng các hàm nguyên thuỷ (Request, Indication, Response,Confirm) để cấu thành các hàm cơ bản của giao thức ISO

Còn đối với phương thức không liên kết thì chỉ có duy nhất một giai đoạn đó là:truyền dữ liệu

So sánh hai phương thức hoạt động trên chúng ta thấy rằng phương thức hoạtđộng có liên kết cho phép truyền dữ liệu tin cậy, do đó có cơ chế kiểm soát và quản lýchặt chẽ từng liên kết logic Nhưng mặt khác nó phức tạp và khó cài đặt Ngược lại,phương thức không liên kết cho phép các PDU được truyền theo nhiều đường khác nhau

để đi đến đích, thích nghi với sự thay đổi trạng thái của mạng, song lại trả giá bởi sự khókhăn gặp phải khi tập hợp các PDU để di chuyển tới người sử dụng Hai tầng kề nhau cóthể không nhất thiết phải sử dụng cùng một phương thức hoạt động mà có thể dùng haiphương thức khác nhau

1.1.4 Truyền dữ liệu trong mô hình OSI.

Tiến trình gửi gồm vài dữ liệu muốn gửi qua tiến trình nhận Dữ liệu đưa xuốngtầng ứng dụng, dữ liệu đó được gắn thêm tiêu đề lớp ứng dụng (AH-Application Header)vào phía trước dữ liệu và kết quả đưa xuống cho tầng trình diễn Tầng trình diễn có thểbiến đổi mục dữ liệu này theo nhiều cách khác nhau, thêm phần header vào đầu và đixuống tầng phiên Quá trình này được lặp đi lặp lại cho đến khi dữ liệu đi xuống tầng vật

lý, ở đó chúng thực sự được truyền sang máy nhận ở máy nhận các phần header khácnhau được loại bỏ từng cái một khi các thông báo truyền lên theo các lớp cho đến khi lên

tới tiến trình nhận Như vậy, việc truyền dữ liệu thực hiện theo chiều dọc Hình 1.5 biểu

diễn một mẫu sử dụng mô hình OSI có thể truyền dữ liệu như thế nào

Hình 1.5 Ví dụ quá trình truyền dữ liệu trong mô hình OSI

1.2 Bộ giao thức TCP/IP

1.2.1 Sự thúc đẩy cho việc ra đời của TCP/IP

Giao tiếp thông tin đã trở thành nhu cầu không thể thiếu trong tất cả mọi lĩnh vựchoạt động Mạng máy tính tính ra đời phần nào đã đáp ứng được nhu cầu đó Phạm vi lúcđầu của các mạng bị hạn chế trong một nhóm làm việc, một cơ quan, công ty trong mộtkhu vực Tuy nhiên thực tế của của những nhu cầu cần trao đổi thông tin trong nhiều lĩnhvực khác nhau, về nhiều chủ đề khác nhau, giữa các tổ chức, các cơ quan là không cógiới hạn Vì vậy nhu cầu cần kết nối các mạng khác nhau của các tổ chức khác nhau đểtrao đổi thông tin là thực sự cần thiết Nhưng thật không may là hầu hết các mạng của cáccông ty, các cơ quan đều là các thực thể độc lập, được thiết lập để phục vụ nhu cầutrao đổi thông tin của bản thân các tổ chức đó Các mạng này có thể được xây dựng từnhững kĩ thuật phần cứng khác nhau để phù hợp với những vấn đề giao tiếp thông tin củariêng họ Điều này chính là một cản trở cho việc xây dựng một mạng chung, bởi vì sẽkhông có một kĩ thuật phần cứng riêng nào đủ đáp ứng cho việc xây dựng một mạngchung thoả mãn nhu cầu người sử dụng Người sử dụng cần một mạng tốc độ cao để nốicác máy, nhưng những mạng như vậy không thể được mở rộng trên những khoảng cáchlớn Nhu cầu về một kỹ thuật mới mà có thể kết nối được nhiều mạng vật lý có cấu trúckhác hẳn nhau là thật sự cần thiết Nhận thức được điều đó, trong quá trình phát triểnmạng ARPANET của mình, tổ chức ARPA ( Advanced Research Projects Agency) đãtập trung nghiên cứu nhằm đưa ra một kỹ thuật thoả mãn những yêu cầu trên Kỹ thuậtARPA bao gồm một thiết lập của các chuẩn mạng xác định rõ những chi tiết của việc làmthế nào để các máy tính có thể truyền thông với nhau cũng như một sự thiết lập các quyước cho kết nối mạng, lưu thông và chọn đường Kỹ thuật đó được phát triển đầy đủ vàđược đưa ra với tên gọi chính xác là TCP/IP Internet Protocol Suit ( bộ giao thứcTCP/IP ) và thường được gọi tắt là TCP/IP Dùng TCP/IP người ta có thể kết nối đượctất cả các mạng bên trong công ty của họ hoặc có thể kết nối giữa các mạng của các công

ty, các tổ chức khác nhau, với nhau

 TCP/IP có một số đặc tính quan trọng sau:

♦ Là bộ giao thức chuẩn mở và sẵn có, vì: nó không thuộc sở hữu của bất cứ một tổchức nào; các đặc tả thì sẵn có và rộng rãi Vì vậy bất kì ai cũng có thể xây dựngphần mềm truyền thông qua mạng máy tính dựa trên nó

♦ TCP/IP độc lập với phần cứng mạng vật lý, điều này cho phép TCP/IP có thể đượcdùng để kết nối nhiều loại mạng có kiến trúc vật lý khác nhau như: Ethernet,Tokenring, FDDI, X25, ATM

♦ TCP/IP dùng địa chỉ IP để định danh các host trên mạng tạo ra một mạng ảo thốngnhất khi kết nối mạng.

♦ Các giao thức lớp cao được chuẩn hoá thích hợp và sẵn có với người dùng

1.2.2 Cấu trúc phân lớp của TCP/IP

TCP/IP là mô hình mở để kết nối mạng Nó được thiết kế theo mô hình kiến trúcphân tầng, gồm bốn lớp được mô tả như hình sau đây:

 Lớp ứng dụng (Application):

Đây là lớp cao nhất trong cấu trúc phân lớp của TCP/IP Lớp này bao gồm tất cảcác chương trình ứng dụng sử dụng các dịch vụ sẵn có thông qua một TCP/IPInternet.Các chương trình ứng dụng tương tác với một trong các giao thức của lớpTransport để truyền hoặc nhận dữ liệu Mỗi chương trình ứng dụng lựa chọn một kiểugiao thức thích hợp cho công việc của nó Chương trình ứng dụng chuyển dữ liệu theomẫu mà lớp Transport yêu cầu.Mô hình TCP/IP hướng đến tối đa độ linh hoạt tại lớp ứngdụng cho người phát triển phần mềm Các ứng dụng ở đây bao gồm:

File Transfer Protocol

-Hình 1.6 Mô hình phân lớp của TCP/IP và Sơ đồ giao thức

TCP/IP

♦ HTTP

Hypertext Transfer Protocol

Simple Mail Transfer Protocol

♦ TFTP - Ttrivial File Transfer Protocol

♦ UDP - User Datagram Protocol

 Lớp vận chuyển (Transport layer):

Nhiệm vụ trước tiên của lớp Transport là cung cấp sự giao tiếp thông tin giữa cácchương trình ứng dụng Mỗi sự giao tiếp được gọi là end-to-end Lớp Transport có thểđiều chỉnh lưu lượng luồng thông tin Nó cũng cung cấp một sự vận chuyển tin cậy, hiệusuất cao, đảm bảo rằng dữ liệu đến mà không bị lỗi Để làm như vậy, phần mềm giaothức được hỗ trợ hỗ trợ để bên nhận có thể gửi lại các thông báo xác nhận về việc thu dữliệu và bên gửi có thể truyền lại các gói tin bị mất hoặc bị lỗi Phần mềm giao thức chiadòng dữ liệu ra thành những đơn vị dữ liệu nhỏ hơn (thường được gọi là các segment) vàchuyển mỗi segment cùng với địa chỉ đích tới lớp tiếp theo để tiếp tục quá trình truyềndẫn

Mặc dù hình trên dùng một khối để biểu diễn cho lớp ứng dụng, nhưng nói chungmáy tính có thể có nhiều chương trình ứng dụng truy nhập vào Internet tại cùng một thờiđiểm Lớp Transport phải chấp nhận dữ liệu từ một số chương trình ứng dụng và gửi nótới lớp tiếp theo thấp hơn Để làm như vậy nó thêm vào thông tin bổ sung cho mỗisegment, gồm cả các mã định danh chương trình ứng dụng đã gửi nó và chương trình ứngdụng sẽ nhận nó, cũng như một tổng kiểm tra Máy nhận sử dụng tổng kiểm tra để thẩmtra gói tin đã đến, và sử dụng mã đích để định danh chương trình ứng dụng nó đượcchuyển phát đến.Lớp vận chuyển liên quan đến hai giao thức TCP và UDP

 Lớp Internet (Internet layer):

Mục tiêu của lớp Internet là truyền các gói từ bất kì mạng nào trên liên mạng vàđến được đích trong điều kiện độc lập với đường dẫn và các mạng mà chúng đã trảiqua.Giao thức đặc trưng khống chế lớp này là giao thức IP.Công việc xác định đường

dẫn tốt nhất và hoạt động chuyển mạch gói diễn ra tại lớp này Lớp Internet xử lý giaotiếp thông tin từ một máy này tới một máy khác Nó chấp nhận một yêu cầu để gửi mộtgói từ lớp Transport cùng với một định danh của máy đích mà gói tin sẽ được gửi tới Nó

sẽ bọc gói tin trong một IP Datagram, điền đầy đủ thông tin vào trong phần header, sửdụng giải thuật chọn đường để quyết định là giao phát gói tin trực tiếp hay là gửi nó tớimột Router, và chuyển datagram tới giao diện phối ghép mạng thích hợp cho việc truyềndẫn Lớp Internet cũng xử lý các Datagram đến, kiểm tra tính hợp lệ của chúng, và sửdụng giải thuật chọn đường để quyết định là datagram sẽ được xử lý cục bộ hay là sẽđược chuyển đi tiếp Đối với các datagram có địa chỉ đích cục bộ, thì phần mềm lớpInternet sẽ xoá phần header của các Datagram đó, và chọn trong số các giao thức lớpTransport một giao thức thích hợp để xử lý gói tin Trong lớp Internet còn gửi các ICMP( Giao thức bản tin điều khiển liên mạng ) và các bản tin điều khiển khi cần thiết và xử lýtất cả mọi bản tin ICMP tới

Internet

Network Interface

Identical message Identical packet Router R

Identical datagram

Identical datagram

Identical frame

Identical frame

 Lớp truy nhập mạng(Network Access Layer):

Lớp thấp nhất của mô hình phân lớp TCP/IP, chịu trách nhiệm về việc chấp nhậncác IP datagram và việc truyền phát chúng trên một mạng xác định Một giao diện phốighép mạng có thể gồm một bộ điều khiển thiết bị (ví dụ như khi mạng là mạng cục bộ màmáy được gắn nối trực tiếp tới) hoặc là một hệ thống con phức tạp sử dụng giao thứcData Link của bản thân nó( ví dụ khi mạng bao gồm các chuyển mạch gói giao tiếp vớicác host bằng giao thức HDLC).Lớp truy nhập mạng liên hệ đến các kĩ thuật LAN hayWAN

Hình 1.7 giúp ta hình dung sự hoạt động trong môi trường phân lớp của TCP/IP,việc giao phát bản tin sử dụng hai mạng riêng biệt, một mạng cho việc truyền dẫn từ host

A tới Router R, và mạng kia truyền dẫn từ Router R tới Host B

Trong mô hình TCP/IP không cần quan tâm đến ứng dụng nào yêu cầu các dịch

vụ mạng, và không cần quan tâm đến giao thức vận chuyển nào đang được dùng, chỉ cómột giao thức mạng IP Đây là một quyết định thiết kế có cân nhắc kỹ IP phục vụ nhưmột giao thức đa năng cho phép bất kì máy tính nào, ở bất cứ đâu, truyền dữ liệu vào bất

cứ thời điểm nào

1.3 So sánh hai mô hình TCP/IP và mô hình OSI

Mô hình OSI và mô hình TCP/IP có những điểm giống và khác nhau.

 Các điểm giống nhau

♦ Cả hai đều là phân lớp

♦ Cả hai đều có lớp ứng dụng và qua đó chúng có nhiều dịch vụ khác nhau

♦ Cả hai có cấc lớp mạng và lớp vận chuyển có thể so sánh được

♦ Kĩ thuật chuyễn mạch gói được chấp nhận

 Các điểm khác nhau

♦ TCP/IP có các chức năng lớp phiên, trình diễn được gộp trong lớp ứng dụng

♦ TCP/IP tập hợp lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu trong OSI vào một lớp

♦ Có hai phân lớp (TCP và UDP)với các thuộc tính khác được tạo ra ở lớp truyền tảicho phép phát triển các ứng dụng khác nhau với yêu cầu chất lượng dịch vu khácnhau

♦ TCP/IP được xây dựng trên quan điểm mạng của liên mạng Định tuyến trong môitrường này dựa vào lớp IP

♦ TCP/IP biểu hiện đơn giản hơn vì có ít lớp hơn

♦ TCP/IP không đa ra một tiêu chuẩn cụ thể về lớp điều khiển truy nhập mạng Điềunày cho phép các công nghệ lớp này phát triển một cách độc lập với các giao thứclớp trên Đây cũng chính là động lực phát triển công nghệ mạng

♦ Các giao thức TCP/IP là các chuẩn cơ sở cho Internet phát triến,như vậy mô hìnhTCP/IP chiếm được niềm tin vì các giao thức của nó.

♦ Mô hình OSI chỉ là mô hình được sử dụng để tham chiếu khi xây dựng và phân tíchcác họ giao thức truyền số liệu cụ thể

1.4 Phân loại mạng IP

Sự phát triển nhanh chóng của Internet kéo theo việc mở rộng phạm vi ứng dụngcủa giao thức TCP/ IP hình thành lên các loại mạng IP như sau: mạng Internet toàn cầu,mạng IP trong các tổ chức và doanh nghiệp còn gọi là mạng Intranet, mạng riêng ảo dùnggiao thức IP (IP VPN) Một số mạng IP bao gồm cả ba loại mạng trên Ví dụ trong mộtdoanh nghiệp có một số mạng LAN chạy giao thức IP trên các công nghệ như Ethernet,TokenRing, FDDI ở các chi nhánh khác nhau Mỗi địa điểm ở xa sẽ có các router kếtnối với mạng WAN dùng IP VPN Mạng này có cổng nối ra Internet, coi như một phầncủa mạng Internet toàn cầu

Các mạng Intranet là những mạng IP được quản lí (managed IP network) nghĩa làviệc truyền dữ liệu được thực hiện mau lẹ với độ trễ thấp và độ tin cậy cao bởi vì hoạtđộng của doanh nghiệp phụ thuộc rất nhiều vào việc giao nhận dữ liệu kịp thời Nó tươngphản với mạng Internet trong đó độ trễ lớn và thời điểm dữ liệu đến không thể dự doántrước được

Các công ty và tổ chức lớn, nhiều chi nhánh, có xu hướng tiến hành xây dựngmạng riêng nhưng giá thành sẽ là quá cao Một giải pháp là xây dựng mạng riêng ảo trênnền tảng mạng Internet công cộng chạy giao thức IP Do đó, IP VPN là một dịch vụ mới,

dự định cung cấp cho các doanh nghiệp một loại mạng IP có chất lượng tương đương vớiIntranet Trong các mạng IP VPN có sự đảm bảo về độ trễ thấp, về băng thông cũng nhưcác tính năng bảo mật để “bắt chước” các đặc điểm của mạng Intranet Những sự đảmbảo này tạo lên một tính năng gọi là “đảm bảo chất lượng dịch vụ” (QoS) QoS là sựkhác nhau cơ bản chủ yếu giữa IP VPN, Intranet và Internet công cộng

1.5 Giao thức IP

1.5.1 Tổng quan về giao thức IP

Giao thức IP có chức năng của tầng mạng trong mô hình TCP/IP Giao thức IP làgiao thức không liên kết (connectionless) , nghĩa là không có sự đảm bảo rằng các gói tingửi đi sẽ đến được tới đích của nó Ngoài chức năng chọn đường, chức năng quan trọngnhất trên tầng mạng, giao thức IP còn có khả năng tìm lỗi, chia nhỏ các gói tin và lắpráp lại chúng, nhằm cho phép truyền thông qua các mạng có kích thước gói tin nhỏ hơn.Giao thức IP là một giao thức rất hiệu quả và được sử dụng nhiều trong các chương trìnhứng dụng

Giao thức IP được thiết kế để dùng trong các hệ thống các mạng máy tính truyềnthông chuyển mạch gói (packet-switched) Giao thức IP truyền các khối dữ liệu từ mộtnguồn tới một đích trong đó nguồn và đích là các trạm máy tính được nhận dạng thôngqua các địa chỉ có độ dài cố định Giao thức IP cũng cho phép việc phân đoạn và lắp ráplại các gói tin IP có độ dài lớn để cho phép các gói tin này đi qua các mạng máy tính cóđơn vị gói tin nhỏ

Giao thức IP chỉ giới hạn trong việc cung cấp các chức năng cần thiết nhằmtruyền các gói bít từ nguồn tới đích trên một hệ thống mạng Không có cơ chế cho độ tincậy, điều khiển luồng (flow control), đánh số thứ tự (sequencing) hay cơ chế truyền lại

dữ liệu Không có cơ chế báo nhận, không có kiểm tra dữ liệu mà chỉ có kiểm tra phầnheader thông qua mã kiểm tra checksum Các lỗi tìm được được thông báo thông quagiao thức thông báo điều khiển liên mạng ICMP (Internet Control Message Protocol)

Giao thức IP cũng cung cấp cho các giao thức tầng trên các kiểu và các chất lượngdịch vụ khác nhau Nó dùng bốn trường cơ bản để cung cấp các dịch vụ bao gồm: Kiểudịch vụ, Thời gian sống, Các lựa chọn và Mã kiểm tra Checksum

♦ Kiểu dịch vụ (Type of Service) dùng để chỉ ra chất lượng phục vụ mong muốn Cácgateway có thể dùng trường này để truyền tham số và ra các quyết định chọn đườngcho các gói tin IP

♦ Thời gian sống (time to live) là thời gian cho phép một gói tin được tồn tại trongmạng Nó được gán giá trị bởi nút gửi và sau đó được giảm dần tại mỗi nút trên

đường đi Nếu giá trị của nó bằng không trước khi nó tới được đích thì gói tin sẽ bịhủy bỏ Điều này tránh trường hợp một gói tin bị lặp (loop) và tồn tại mãi trongmạng.

♦ Các lựa chọn cung cấp các chức năng bổ sung trong một số tình huống như lựachọn bản ghi nhớ đường, nhãn thời gian Các lựa chọn ít khi được dùng trong hầuhết các trường hợp

♦ Mã kiểm tra checksum cho phép kiểm tra đối với các thông tin trong phần headercủa gói tin IP Nếu mã kiểm tra bị sai thì tức là phần header bị lỗi và gói tin sẽ bịhủy bỏ Phần dữ liệu của gói tin không được kiểm tra bằng mã checksum và có thể

có lỗi

1.5.2 Các chức năng của IP

IP (Internet Protocol) là giao thức kết nối không liên kết Chức năng chủ yếu của

IP là cung cấp các dịch vụ Datagram và các khả năng kết nối các mạng con thành liênmạng để truyền dữ liệu với phương thức chuyển mạch gói IP Datagram , thực hiện tiếntrình định địa chỉ và chọn đường IP Header được thêm vào đầu các gói tin và được giaothức tầng thấp truyền theo dạng khung dữ liệu (Frame) IP định tuyến các gói tin thôngqua liên mạng bằng cách sử dụng các bảng định tuyến động tham chiếu tại mỗi bướcnhảy Xác định tuyến được tiến hành bằng cách tham khảo thông tin thiết bị mạng vật lý

& logic như ARP_giao thức phân giải địa chỉ IP thực hiện việc tháo rời và khôi phục cácgói tin theo yêu cầu kích thước được định nghĩa cho tầng dưới nó thực hiện IP kiểm tralỗi thông tin điều khiển, phần đầu IP bằng giá trị tổng CheckSum Tóm lại IP là giaothức cung cấp các chức năng chính sau:

♦ Định nghĩa cấu trúc các gói dữ liệu là đơn vị cơ sở cho việc truyền dữ liệu trênInternet

♦ Định nghĩa phương thức đánh địa chỉ IP

♦ Truyền dữ liệu giữa lớp giao vận và lớp Internet

♦ Định tuyến để chuyển các gói dữ liệu trong mạng

♦ Thực hiện việc phân mảnh và hợp nhất (Fragmentation-Reassembly) các gói dữ liệu

và nhúng/tách chúng trong các frame ở lớp truy nhập mạng

1.5.3 Giao diện với các giao thức ở lớp trên và lớp dưới

Giao thức IP gọi các giao thức ở lớp dưới, để mang các gói tin IP tới gatewayhoặc tới trạm đích Đồng thời nó cũng bị gọi bởi giao thức ở lớp trên là lớp giao vận nhưgiao thức TCP để truyền các đoạn dữ liệu của giao thức đó tới trạm đích Giao thức ởtầng trên như TCP sẽ cung cấp các thông tin về địa chỉ cho giao thức IP thông qua cáctham số của lời gọi Giao thức IP sau đó sẽ tạo ra các gói tin IP, ra quyết định chọn

đường và gọi các giao thức mạng ở tầng dưới để mạng các gói tin IP này đi tới gatewayhoặc tới trạm đích.

1.5.4 Địa chỉ IP

Mục đích của giao thức IP là truyền một gói tin qua một tập các mạng liên kết vớinhau Việc truyền thực hiện được bằng việc chuyển các gói tin từ một thực thể trong liênmạng tới thực thể kia cho tới khi gói tin tới được đích Thực thể nói ở đây có thể là mộttrạm máy tính hoặc một gateway Các gói tin IP được truyền từ thực thể này tới thực thểkia nhờ vào địa chỉ liên mạng (IP Interrnet) Do đó một trong những vấn đề quan trọngnhất của giao thức IP là địa chỉ

Địa chỉ IP bao gồm 2 phần: NET ID + HOST ID

♦ Phần NET ID cho phép định tuyến gói tin đến mạng đích trong môi trường liênmạng

♦ Phần HOST ID cho phép định tuyến gói tin đến HOST cụ thể trong 1 mạng

♦ Phần NET ID do tổ chức ARIN (American Registry for Internet Numbers) cấp chocác nhà quản trị mạng

♦ Phần HOST ID do nhà quản trị mạng qui hoạch cho các HOST trong mạng của họ

Hình 1.9 Mối quan hệ giữa giao thức IP và các giao thức khác

Sơ đồ địa chỉ hoá để định danh các trạm (Host) trong liên mạng được gọi là địachỉ IP Mục đích của địa chỉ IP là để định danh duy nhất cho một Host bất kỳ trên liênmạng.

Do tổ chức và độ lớn của các mạng con của liên mạng có thể khác nhau, người tachia các địa chỉ IP thành 5 lớp ký hiệu là A, B, C, D, E

♦ Các giải địa chỉ lớp A, B, C được sử dụng để gán cho các phần tử môi trường liênmạng

♦ Giải địa chỉ lớp D sử dụng vào mục đích multicast

♦ Giải địa chỉ lớp E sử dụng vào mục đích nghiên cứu

♦ Địa chỉ lớp B có 2 bit đầu tiên là “10”.Địa chỉ lớp B có subnetmask mặc định là255.255.0.0 Tất cả các địa chỉ IP của lớp B dùng 16 bít đầu tiên để định danh phầnmạng của địa chỉ Hai octet còn lại có thể dùng cho phần host của địa chỉ Mỗimạng dùng một địa chỉ lớp B có thể gán 216 -2 =65.534 địa chỉ HOST khả dụng.Các địa chỉ IP lớp B luôn có giá trị nằm trong khoảng từ 128 đến 191 trong octetđầu tiên.

♦ Địa chỉ lớp C có 3 bit đầu tiên là “110”.Địa chỉ lớp C có subnetmask mặc định là255.255.255.0 Tất cả các địa chỉ IP của lớp B dùng 24 bít đầu tiên để định danhphần mạng của địa chỉ Octet còn lại có thể dùng cho phần host của địa chỉ Mỗimạng dùng một địa chỉ lớp C có thể gán 28 -2 =254 địa chỉ HOST khả dụng Cácđịa chỉ IP lớp C luôn có giá trị nằm trong khoảng từ 192 đến 223 trong octet đầutiên

♦ Lớp D dùng để gửi IP Datagram tới một nhóm các Host trên một mạng Tất cả các

số lớn hơn 233 trong trường đầu là thuộc lớp D

♦ Lớp E dự phòng để dùng trong tương lai

Như vậy, Hình 1.11 xác định địa chỉ mạng cho lớp A: từ 1 đến 126 cho vùng đầutiên, 127 dùng cho địa chỉ loopback, lớp B từ 128.1.0.0 đến 191.255.0.0, lớp C từ192.1.0.0 đến 233.255.255.0

mà không qua một thiết bị trung gian mạng Gói dữ liệu sao chép nơi truyền đến bộđệm nhận trên cùng một máy Địa chỉ Loopback được ứng dụng kiểm tra nhanhphần mềm TCP/IP có được cấu hình thích hợp không

♦ Nếu trong một địa chỉ IP, giá trị của Host chứa tất cả bit 0, đây là địa chỉ mạng Ví

1.5.4.2 IP Multicast

 Khái niệm về IP multicast

IP multicast là một khái niệm trừu tượng của multicast phần cứng Nó cho phépchuyển một gói tin IP tới một nhóm các trạm Một nhóm trạm có thể bao gồm các trạmtrên nhiều mạng vật lý khác nhau Một trạm có thể là thành viên của nhiều nhóm và cóthể đăng ký tham gia một nhóm cũng như rút khỏi nhóm đó nếu như có nhu cầu Mộttrạm có thể gửi các gói tin tới một nhóm trạm multicast mà không cần phải là thành viêncủa nhóm đó

Mỗi một nhóm multicast có một địa chỉ multicast duy nhất thuộc lớp địa chỉ D gọi

là địa chỉ IP multicast Một số địa chỉ IP multicast được dành riêng và được gọi là các địachỉ IP multicast well-known Các địa chỉ IP multicast khác có thể dùng được gọi là cácnhóm địa chỉ multicast tạm thời (transient multicast groups) Các địa chỉ này được tạo rakhi cần thiết và xóa đi nếu như số thành viên trong nhóm bằng không

Cơ chế multicast của IP có thể được dùng trong một mạng cục bộ hoặc trong liênmạng Internet Trong trường hợp thứ hai, một gateway multicast đặc biệt được dùng đểchuyển các gói tin đi Tuy nhiên các trạm cũng không cần biết sự hiện diện của gatewaymulticast Một trạm chuyển các gói tin multicast đi nhờ vào khả năng multicast của mạngcục bộ Nếu như gateway multicast tồn tại, nó sẽ nhận các gói tin multicast và chuyểnchúng tới các mạng khác Các gateway multicast dùng các khả năng multicast của phầncứng để chuyển các gói tin này đi tới các trạm đích multicast Trường thời gian sống(time-to-live) của gói tin multicast cũng có ý nghĩa giống như trường thời gian sống củagói tin IP thông thường Việc chuyển các gói tin multicast có thể dựa vào các gatewayđộc lập hay dựa vào các gateway thông thường được cài đặt thêm chức năng multicast

 Địa chỉ IP multicast

Địa chỉ IP multicast gồm có bốn bít đầu là 1110, dùng để chỉ ra một địa chỉ IP làmulticast Sau đó là 28 bít chỉ ra nhóm multicast Nếu biểu diễn theo dạng dấu chấm thìđịa chỉ multicast bao gồm từ địa chỉ 224.0.0.0 tới 239.255.255.255

Địa chỉ 224.0.0.0 là dùng để dành riêng, nó không được gán cho một nhómmulticast nào Địa chỉ 244.0.0.1 là được dùng với ý nghĩa là tất cả các trạm và gateway

có cài đặt multicast trong mạng cục bộ Không có địa chỉ multicast dùng cho tất cả cáctrạm trên liên mạng Internet

Địa chỉ multicast chỉ được dùng làm địa chỉ đích, không được dùng làm địa chỉnguồn Nó cũng không được xuất hiện trong các lựa chọn nguồn hay bản ghi nhớ đườngcủa gói tin IP Cũng không có thông báo ICMP nào được dùng cho các gói tin multicast

 Ánh xạ từ địa chỉ multicast của IP sang địa chỉ multicast Ethernet

Trong mạng cục bộ, tồn tại một khái niệm là multicast phần cứng(hardwaremulticast) Phần cứng mạng hỗ trợ một dạng truyền thông nhiều điểm (multi-point) vàduy trì một tập các địa chỉ dùng cho mục đích này Khi một nhóm các trạm muốn truyền

thông cho nhau, chúng định nghĩa ra một địa chỉ multicast và cấu hình phần cứng giaodiện mạng của chúng để có thể nhận biết được địa chỉ multicast này Sau đó tất cả cáctrạm trong nhóm đều có thể nhận được một bản sao của gói tin gửi tới địa chỉ multicastnày.

Một trong các kiểu mạng thông dụng nhất là mạng Ethernet và mạng Ethernetcung cấp một khả năng điển hình về multicast về phần cứng Mạng Ethernet dùng một bítthấp trong byte cao của địa chỉ 48 bít của nó để phân biệt địa chỉ multicast với các địa chỉthông thường: 01.00.00.00.00.00.00

Việc ánh xạ từ địa chỉ IP sang địa chỉ Ethernet tuân theo qui tắc sau: Đặt 23 bítthấp của địa chỉ multicast IP vào 23 bít thấp của một địa chỉ multicast Ethernet đặc biệt là01.00.5E.00.00.00 Ví dụ như địa chỉ multicast IP là 224.0.0.1 sẽ trở thành địa chỉmulticast Ethernet là 01.00.5E.00.00.01

 Xử lý multicast

Không phải trạm IP nào cũng có khả năng xử lý multicast Người ta chia ra thành

ba mức xử lý multicast như sau:

Mức ý nghĩa

0 Trạm không có khả năng gửi và nhận gói tin IP có địa chỉ

multicast

1 Trạm có thể gửi nhưng không có khả năng nhận các gói tin IP

với địa chỉ multicast

2 Trạm có thể gửi và nhận các gói tin IP với địa chỉ multicast

Bảng 1.2 Các mức xử lý multicast

Một trạm muốn có khả năng gửi các gói tin IP với multicast cần cho phép cácchương trình ứng dụng chỉ ra địa chỉ IP với multicast , sau đó nó phải có khả năng ánh xạcác địa chỉ IP multicast thành các địa chỉ multicast tương ứng của phần cứng

Để có thể nhận được các gói tin IP với địa chỉ multicast, các phần mềm IP trên cáctrạm cần phải thực hiện nhiều bước Đầu tiên là nó phải có một giao diện nào đó để chophép một chương trình ứng dụng khai báo rằng nó muốn gia nhập hay rút khỏi một nhómmulticast nào đó Nếu có nhiều chương trình ứng dụng cùng tham gia một nhóm thì nóphải chuyển đến cho mỗi chương trình ứng dụng một bản sao của gói tin IP của nhóm đó.Hơn nữa trạm cần phải chạy một một giao thức đặc biệt để chỉ cho gateway multicast cục

bộ là nó là thành viên của nhóm đó Giao thức đó gọi là giao thức quản lý nhóm liênmạng IGMP (Internet Group Management Protocol)

Để tham dự một một nhóm multicast mà bao gồm nhiều mạng khác nhau, mộttrạm cần phải báo cho gateway multicast biết Gateway multicast sẽ liên lạc với các

gateway multicast khác, báo cho chúng biết về trạng thái thành viên của nó và thiết lậpcác đường đi trong bảng chọn đường.

1.5.4.3 Subneting

Đôi khi nhà quản trị mạng muốn chia nhỏ mạng của mình thành nhiều mạng nhỏhơn đặc biệt là các mạng lớn Vì khi mạng quá lớn đồng nghĩa với việc tăng miềnbroadcast domain Các mạng thường có kích cỡ không bằng nhau: đôi khi chỉ có 2HOST, đôi khi là rất nhiều Các phần chia nhỏ hơn được gọi là các mạng con(Subnetwork) và được thực hiện đánh địa chỉ khá linh hoạt.Các mạng con được gọi ngắngọn là subnet Mỗi địa chỉ sub net là duy nhất và luôn được gán một cách cục bộ, tức làluôn do người quản trị mạng quyết định

Hình 1.12 Subneting

Subnet field và Host field được tạo ra từ phần Host gốc của toàn mạng Ngườiquản trị mạng mượn các bít từ phần host gốc và gán chúng như là subnet field Số bit tốithiểu có thể mượn là 2 Nếu bạn chỉ mượn 1 bit để tạo một mạng con, thì bạn chỉ có mộtchỉ số mạng là mạng 0, và chỉ số quảng bá là mạng 1 Số bit tối đa có thể mượn sao chocòn để lại ít nhất 2 bit cho chỉ số host

Việc phân chia thành các mạng con có những ưu điểm sau:

♦ Giảm kích thước miền quảng bá

♦ Làm đơn giản hơn việc quản lý mạng

♦ Xây dựng lại cấu trúc bên trong mà không làm ảnh hưởng tới các mạng ngoài

♦ Nâng cao được tính bảo mật

♦ Địa chỉ IP Network 2: 149.108.2.0

1.5.4.4 Mặt nạ mạng con (Subnet Mask)

Nhiều mạng con kết nối với nhau dùng chung một địa chỉ IP phải sử dụng bộ địnhtuyến (Router) giữa chúng Bộ định tuyến phải thực hiện việc phân chia mạng con và biết

có bao nhiêu bit của vùng Host đang được sử dụng cho các mạng con, tức là nó biết vùngđịa chỉ Host được sử dụng bao nhiêu bit cho địa chỉ mạng con và phần còn lại địa chỉhost của các mạng con Thông tin này được Router trình bày như một mặt nạ mạng con

Mặt nạ mạng con không phải là một địa chỉ nhưng nó xác định phần địa chỉ IPnào là network field và phần nào là host field Một subnet mask gồm 32 bit mà giá trị của

nó được tính theo quy luật sau:

♦ Các bit trong mặt nạ mạng con ứng với các bit của Network và Subnet number( subnet field) trong địa chỉ IP chứa các bit 1

♦ Các bit trong mặt nạ mạng con ứng với các bit của Host number ( host field) trongđịa chỉ IP chứa các bit 0

Ví dụ:

1) Cho địa chỉ IP lớp B và mặt nạ mạng con như sau:

• Địa chỉ IP: 128.12.33.71

• Mặt nạ mạng con: 255.255.255.0Khi đó:

• Số mạng con (Subnet number) =34

• Số trạm (Host number) = 71

• Địa chỉ Broadcast trực tiếp = 128.12.33.255

2) Cho địa chỉ IP lớp C và mặt nạ mạng con như sau:

• Địa chỉ Broadcast trực tiếp = 192.55.12.127

Hình1.14 Mối quan hệ giữa mặt nạ mạng con và số lượng Host trong địa chỉ IP lớp

B

Bảng 1.3 Biểu diễn mặt nạ mạng con lớp B (Mask)

Subnet Mask Byte 3 Byte 4 Subnet

number Host number

IP AddressNetworkHostSubnet numberHost number Subnet Mask11111111

11111111 111111110000 0000Hình 3.5 Biểu diễn mặt nạ mạng

con lớp B (Mask)

0111 1000

1.5.4.5 Một vài nhược điểm của địa chỉ IP

Một trong các nhược điểm chính là địa chỉ IP tham chiếu tới một nối kết chứkhông tham chiếu tới một trạm Chính vì vậy khi một máy tính được tách ra khỏi mộtmạng và di chuyển sang mạng khác, nếu nối máy tính này vào mạng mới có địa chỉ IPkhác mạng cũ thì sẽ có trục trặc và phải khai báo lại địa chỉ IP cho máy

Một nhược điểm nữa liên quan đến lớp C địa chỉ IP Trong lớp này một mạng cótối đa 255 trạm, nếu như mạng phát triển và vượt ra ngoài giới hạn này thì phải chuyểnđổi sang lớp địa chỉ khác Việc này gây ra một khó khăn và thường dẫn đến việc phảidừng toàn bộ mạng, đổi địa chỉ của tất cả các trạm trong mạng

Nhược điểm thứ ba liên quan đến việc định tuyến Địa chỉ IP được dùng chủ yếutrong việc định tuyến Các gateway sẽ dùng địa chỉ IP để thực hiện các quyết định địnhtuyến cho các gói tin IP Như ta đã biết một trạm mà có hai nối kết sẽ có hai địa chỉ IP

Do đó đường đi của gói tin IP trong mạng sẽ phụ thuộc vào địa chỉ IP Có thể với địa chỉ

IP này gói tin sẽ tới được đích, còn với địa chỉ IP kia thì không Việc này là không thuậntiện vì ta thường mong muốn rằng một trạm, một thực thể duy nhất, cần phải được nhậndạng duy nhất

Ta hãy xem ví dụ được chỉ ra trong Hình 1.15

G

I4

I5M¹ng 1

Trong Hình 1.15 trạm A và trạm B cùng nối với mạng 1 Chúng có thể truyềnthông tin cho nhau trực tiếp qua mạng 1 Trạm A gửi dữ liệu tới trạm B có thể thông quađịa chỉ I4 Ngoài ra trạm A cũng có thể gửi dữ liệu tới B thông qua gateway G và dùngđịa chỉ I5 Giả thiết là nối kết của trạm B vào mạng 1 bị hỏng Khi đó nếu một ngườidùng trên trạm A dùng địa chỉ IP I4 để gửi thì dữ liệu sẽ không tới được đích Trong khivới người dùng khác dùng địa chỉ I5 thì lại gửi được

Hình 1.16 Gán địa chỉ IP

1.5.6 Thứ tự byte và địa chỉ IP

Việc chuẩn hóa thứ tự byte là rất quan trọng bởi vì gói tin IP mang các giá trị nhịphân trong đó có địa chỉ đích và độ dài gói tin Các giá trị này cần phải được hiểu thốngnhất đối với người nhận và cả người gửi Giao thức IP giải quyết vấn đề này bằng địnhnghĩa một thứ tự byte chuẩn của mạng Thứ tự byte chuẩn được định nghĩa theo giaothức IP là thứ tự byte Endian lớn (Big Endian) Mỗi trạm gửi sẽ biến đổi thứ tự byte trênmáy của mình về thứ tự byte chuẩn của mạng và truyền dữ liệu đi trên mạng, Sau đótrạm nhận lại biến đổi thứ tự byte của mạng về thứ tự byte của máy khi nhận dữ liệu

1.5.7 Cấu trúc gói dữ liệu IP

IP là giao thức cung cấp dịch vụ truyền thông theo kiểu “không liên kết”(Connectionless) Phương thức không liên kết cho phép cặp trạm truyền nhận không cầnphải thiết lập liên kết trước khi truyền dữ liệu và do đó không cần phải giải phóng liênkết khi không còn nhu cầu truyền dữ liệu nữa Phương thức kết nối "không liên kết" chophép thiết kế và thực hiện giao thức trao đổi dữ liệu đơn giản (không có cơ chế phát hiện

và khắc phục lỗi truyền) Cũng chính vì vậy độ tin cậy trao đổi dữ liệu của loại giao thứcnày không cao

Các gói dữ liệu IP được gọi là các Datagram.Như một frame mạng vật lý, mộtdatagram được chia thành vùng header và vùng dữ liệu Phần header cũng tương tự

frame, nó chứa địa chỉ nguồn cùng địa chỉ đích và một trường type dùng định danh nộidung của datagram Sự khác nhau là header của datagram chứa địa chỉ IP còn header củaframe chứa địa chỉ vật lý Hình sau mô tả dạng tổng quát của một datagram.

Hình 1.17 Datagram

Nếu địa chỉ IP đích là địa chỉ của một trạm nằm trên cùng một mạng IP với trạmnguồn thì các gói dữ liệu sẽ được chuyển thẳng tới đích, nếu địa chỉ IP đích không nằmtrên cùng một mạng IP với máy nguồn thì các gói dữ liệu sẽ được gửi đến một máy trungchuyển, IP Gateway để chuyển tiếp IP Gateway là một thiết bị mạng IP đảm nhận việclưu chuyển các gói dữ liệu IP giữa hai mạng IP khác nhau Hình 1.18 mô tả cấu trúc gói

dữ liệu IP