Bài giảng Mạng máy tính: Chương 4 - Hoàng Thanh Hòa (CĐ Kinh tế Đối ngoại)

Bài giảng Mạng máy tính - Chương 4: Họ giao thức TCP/IP cung cấp cho người học các kiến thức: Mô hình TCP/IP, các họ giao thức trong học giao thức TCP/IP, địa chỉ IPv4. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Giảng viên: Hoàng Thanh Hòa

• TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet

Protocol) là chồng giao thức cùng hoạt động nhằm

cung cấp các phương tiện truyền thông liên mạng

• Năm 1981, TCP/IP phiên bản 4 (IPv4) hoàn thành và

sử dụng phổ biến đến ngày nay

• Năm 1994 phiên bản IPv6 được hình thành

• Những tính chất của mô hình TCP/IP:

- TCP/IP độc lập với phần cứng mạng vật lý

- TCP/IP sử dụng sơ đồ đánh địa chỉ toàn cục duy nhất

- Chuẩn giao thức mở

- Hoạt động theo mô hình Client- Server

- TCP/IP hỗ trợ cho liên mạng (internetworking) và

định tuyến

4.1.4 Quá trình phân mảnh dữ liệu

(Applycation Layer)

•Tương ứng với tầng vật lý và tầng liên kết dữ liệu trong mô hình OSI.

•Nhiệm vụ: đưa và nhận dữ liệu từ phương tiện truyền dẫn.

•Gồm các thiết bị phần cứng như: Card mạng, cáp…

•Các giao thức thuộc tầng này:

• Nằm bên trên tầng truy cập mạng, tương ứng

với tầng mạng (Network Layer) trong mô hình

OSI

• Chức năng gán địa chỉ, đóng gói và định tuyến

(Route) dữ liệu.

•Gồm 4 giao thức quan trọng:

- IP (Internet Protocol): Gán địa chỉ cho dữ liệu.

- ARP (Address Resolution Protocol): Biên dịch địa chỉ

IP của máy đích thành địa chỉ MAC.

- ICMP (Internet Control Message Protocol): Thông

báo lỗi trong trường hợp truyền dữ liệu bị hỏng.

- IGMP (Internet Group Management Protocol): Điều

khiển truyền đa hướng (Multicast)

• Ứng với tầng vận chuyển trong mô hình OSI.

• Chức năng thiết lập phiên truyền thông giữa các máy

tính và quy định cách thức truyền dữ liệu

• Gồm có 2 giao thức quan trọng:

- UDP (User Datagram Protocol): Cung cấp các kênh

truyền thông phi kết nối nên nó không đảm bảo truyền

dữ liệu 1 cách tin cậy

- TCP (Transmission Control Protocol): Cung cấp các

kênh truyền thông hướng kết nối và đảm bảo truyền

dữ liệu 1 cách tin cậy

• Dữ liệu có thể được truyền qua nhiều mạng khác

nhau, kích thước cho phép cũng khác nhau.

• Kích thước lớn nhất của gói dữ liệu trong mạng gọi

là đơn vị truyền cực đại MTU.

• Nếu một mạng nhận dữ liệu có kích thước lớn hơn MTU của nó, dữ liệu sẽ được phân mảnh ra thành

gói nhỏ hơn để chuyển tiếp.

• Phân mảnh làm tăng thời gian xử lý, làm giảm tính

năng của mạng và ảnh hưởng đến tốc độ trao đổi

dữ liệu trong mạng.

4.2.1 Giao thức điều khiển truyền TCP

(Transmission Control Protocol).

4.2.2 Giao thức gói tin người dùng UDP (User

Datagram Protocol).

4.2.3 Giao thức liên mạng IP (Internet

Protocol).

4.2.4 Giao thức phân giải địa chỉ ARP

(Address Resolution Protocol).

4.2.5 Giao thức phân giải địa chỉ ngược RARP

(Reverse Address Resolution Protocol).

4.2.6 Giao thức thông báo điều khiển mạng

ICMP (Internet Control Message Protocol).

• Là giao thức hướng liên kết: thiết lập kết nối logic tạmthời khi truyền dữ liệu.

• Phân đoạn dữ liệu nhận từ tầng trên và chuyển giao

cho tầng mạng

• Truyền các segment từ một thiết bị đầu cuối này đến

thiết bị đầu cuối khác

→TCP cung cấp khả năng truyền dữ liệu một cách

an toàn giữa các thành phần trong liên mạng, các

chức năng kiểm tra tính chính xác của dữ liệu khi

đến đích và truyền lại dữ liệu khi có lỗi xảy ra.

• Hoạt động của giao thức TCP:

Các kết nối TCP gồm có 3 bước:

- Thiết lập kết nối

- Truyền dữ liệu

- Kết thúc kết nối

• Quá trình thiết lập và kết thúc liên kết TCP:

• Khuôn dạng gói tin TCP:

• Điều khiển lưu lượng trong TCP: Gồm có 3 cơ chế

điều khiển

- Cơ chế của sổ động

- Cơ chế phát lại thích nghi

- Cơ chế điều khiển tắc nghẽn

• UDP là giao thức không liên kết (Connectionless).

• Không yêu cầu độ tin cậy cao, không có cơ chế xác

• Cấu trúc gói tin UDP:

• Chức năng của giao thức IP:

- IP (Internet Protocol) là giao thức không liên kết.

- Cung cấp các dịch vụ Datagram và các khả năng kết

nối các mạng con thành liên mạng để truyền dữ liệu

với phương thức chuyển mạch gói IP Datagram.

- Thực hiện tiến trình định địa chỉ và chọn đường

- IP thực hiện việc tháo rời và khôi phục các gói tin

theo yêu cầu kích thước

- IP kiểm tra lỗi thông tin điều khiển.

• Cấu trúc gói dữ liệu IP:

• Cấu trúc gói dữ liệu IP:

- VER (4 bits): Version hiện hành của IP được cài đặt.

- IHL(4 bits): Internet Header Length của Datagram, tính

theo đơn vị word (32 bits).

- Type of service(8 bits): Thông tin về loại dịch vụ và mức

ưu tiên của gói IP:

- Total Length (16 bits): Chỉ độ dài Datagram,

- Identification (16bits): Định danh cho một Datagram

trong thời gian sống của nó.

- Flags(3 bits): Liên quan đến sự phân đoạn (Fragment)

các Datagram:

• Cấu trúc gói dữ liệu IP:

- Fragment Offset (13 bits): Chỉ vị trí của Fragment

- Header Checksum (16 bits): Mã kiểm soát lỗi

CRC(Cycle Redundancy Check)

- Source Address (32 bits): địa chỉ của trạm nguồn

• Cấu trúc gói dữ liệu IP:

- Destination Address (32 bits): Địa chỉ của trạm

đích

- Option (có độ dài thay đổi): Sử dụng trong trường

hợp bảo mật, định tuyến đặc biệt

- Padding (độ dài thay đổi): Vùng đệm cho phần

Header luôn kết thúc ở 32 bits

• ARP là giao thức để thực hiện việc tìm địa chỉ vật lý

của trạm đích

• Tiến trình của ARP được mô tả như sau:

- IP yêu cầu địa chỉ MAC

- Tìm kiếm trong bảng ARP

- Nếu tìm thấy sẽ trả lại địa chỉ MAC

- Nếu không tìm thấy, tạo gói ARP yêu cầu và gửi tớitất cả các trạm

- Tuỳ theo gói tin trả lời, ARP cập nhật vào bảng ARP

và gửi địa chỉ MAC cho IP

• RARP là giao thức phân giải địa chỉ ngược → cho

trước địa chỉ mức liên kết, tìm địa chỉ IP tương ứng

• Tiến trình của ARP được mô tả như sau:

• ICMP là giao thức điều khiển của tầng IP.

• Chức năng:

- Điều khiển lưu lượng (Flow Control).

- Thông báo lỗi.

- Định hướng lại các tuyến (Redirect Router).

- Kiểm tra các trạm ở xa.

• Có 2 loại thông điệp ICPM:

- Thông điệp truy vấn: nhận thông tin xác nhận từ một node khác.

- Thông điệp báo lỗi

• Chuyển đổi giữa các hệ số:

• Chuyển đổi hệ nhị phân sang hệ thập phân:

• Chuyển đổi hệ thập phân sang hệ nhị phân:

Đổi số 201 sang nhị phân:

• Khi thương số bằng 0, ghi các số dư theo thứ tự ngược với lúc

xuất hiện, kết quả: 201 = 11001001

• Các phép toán làm việc trên bit:

• Địa chỉ IPv4:

- Địa chỉ IP là địa chỉ có cấu trúc với một con số có

kích thước 32 bit, chia thành 4 phần mỗi phần 8 bit

gọi là octet hoặc byte

- Ví dụ:

✓172.16.30.56

✓10101100.00010000.00011110.00111000

✓AC.10.1E.38

• Địa chỉ IP IPv4:

• Các lớp địa chỉ IPv4:

- Các địa chỉ IP được chia ra làm hai phần, một phần để xác định mạng (net id) và một phần để xác định host (host id).

- Có năm lớp mạng là A, B, C, D, E

• Các lớp địa chỉ IPv4:

• Lớp A: Dành 1 byte cho phần network_id và 3 byte

cho phần host_id

• Lớp A (Class A):

- Bit đầu tiên của byte đầu tiên phải là bit 0 Dạng nhị

phân của octet này là 0xxxxxxx

- Những địa chỉ IP có byte đầu tiên nằm trong khoảng

từ 0 (=00000000(2)) đến 127 (=01111111(2)) sẽ

thuộc lớp A

- Ví dụ: 50.14.32.8

• Lớp A (Class A):

- Byte đầu tiên này cũng chính là network_id, trừ đi

bit đầu tiên làm ID nhận dạng lớp A, còn lại 7 bit để

• Lớp A (Class A):

- Phần host_id chiếm 24 bit, nghĩa là có 224 =

16.777.216 host khác nhau trong mỗi mạng Bỏ đi

hai trường hợp đặc biệt (phần host_id chứa toàn các

bit 0 và bit 1) Còn lại: 16.777.214 host

- Ví dụ đối với mạng 10.0.0.0 thì những giá trị host

hợp lệ là 10.0.0.1 đến 10.255.255.254

• Lớp B: Dành 2 byte cho phần network_id và 2 byte

cho phần host_id

• Lớp B (Class B):

- Phần network_id chiếm 16 bit bỏ đi 2 bit làm ID cho

lớp, còn lại 14 bit cho phép ta đánh thứ tự 16384

(=214) mạng khác nhau (128.0.0.0 đến 191.255.0.0)

- Phần host_id dài 16 bit hay có 65536 (=216) giá trị

khác nhau Trừ đi 2 trường hợp đặc biệt còn lại 65534 host trong một mạng lớp B

- Ví dụ đối với mạng 172.29.0.0 thì các địa chỉ host hợp

lệ là từ 172.29.0.1 đến 172.29.255.254

• Lớp C: Dành 3 byte cho phần network_id và 1 byte

cho phần host_id

• Lớp C (Class C):

- Ba bit đầu tiên của byte đầu tiên phải là 110 Dạng

nhị phân của octet này là 110xxxxx

- Những địa chỉ IP có byte đầu tiên nằm trong khoảng

từ 192 (=11000000(2)) đến 223 (=11011111(2)) sẽthuộc về lớp C

- Ví dụ: 203.162.41.235

•Địa chỉ IP tĩnh:

- Là địa chỉ IP cố định dành riêng cho một người hoặc

một nhóm người khi truy cập vào internet Thường

dùng cho một máy chủ cung cấp dịch vụ (web, mail…)

•Địa chỉ IP động:

- Khách hàng được ISP (nhà cung cấp dịch vụ) cấp cho

một địa chỉ IP mới mỗi lần truy cập vào internet

•Địa chỉ mạng:

•Địa chỉ Subnet Mask:

- Là địa chỉ để máy tính xác định được NetID và HostIDtrong một địa chỉ IP

- Subnet Mask là 1 địa chỉ 32 bit được sử dụng để che

1 phần của địa chỉ IP

Địa chỉ lớp Địa chỉ Subnet Mask nhị phân

Giá trị Subnet Mask thập phân

Lớp A 11111111.00000000.00000000.00000000 /8 – 255.0.0.0

Lớp B 11111111.11111111.00000000.00000000 /16 – 255.255.0.0

Cho máy tính X có địa chỉ IP: 192.168.1.150/28

a Chuyển IP trên về dạng nhị phân, máy X thuộc

lớp nào? Tại sao?

b Cho biết địa chỉ mạng chứa máy X

c Tìm dải địa chỉ IP dành cho máy của mạng vừa

tìm được? Số lượng máy có thể triển khai trong mạng này?

•Là kỹ thuật mở rộng địa chỉ cho nhiều mạng trên cơ sởmột địa chỉ mạng mà NIC phân cho.

•Là kỹ thuật cho phép nhà quản trị chia một mạng thànhnhiều mạng con nhỏ

•Lợi ích:

- Đơn giản hóa việc quản trị

- Có thể thay đổi cấu trúc bên trong của mạng

- Tăng cường tính bảo mật của hệ thống

- Cô lập các luồng giao thông trên mạng

•Nguyên tắc chia mạng con:

- Phần nhận dạng mạng (Network ID) của địa chỉ mạngban đầu được giữ nguyên

- Phần nhận dạng máy tính của địa chỉ mạng ban đầu

được chia thành 2 phần : Phần nhận dạng mạng con

(Subnet ID) và Phần nhận dạng máy tính trong mạngcon (Host ID)

•Nguyên tắc chia mạng con:

- Số bit dùng trong Subnet_ID tuỳ thuộc vào chiến lược

chia mạng con Tuy nhiên số bit tối đa có thể mượn phảituân theo công thức:

- Số lượng bit tối đa có thể mượn:

- Lớp A: 22 (=24 – 2) bit -> 222 = 4194304 mạng con

- Lớp B: 14 (=16 – 2) bit -> 214 = 16384 mạng con

- Lớp C: 06 (= 8 – 2) bit -> 26= 64 mạng con

•Nguyên tắc chia mạng con:

- Số bit trong phần Subnet_ID xác định số lượng mạng

con Với số bit là x thì 2^x là số lượng mạng con có

được

- Ngược lại từ số lượng mạng con cần thiết theo nhu

cầu, tính được phần Subnet_ID cần bao nhiêu bit Nếumuốn chia 6 mạng con thì cần 3 bit (2^3=8), chia 12

mạng con thì cần 4 bit (2^4>=12)

•Mặt nạ mạng con (Subnet Mask ID):

- Là một địa chỉ IP mà giá trị các bit ở phần nhận dạng

mạng (Network Id) và Phần nhận dạng mạng con

(Subnet Id) đều là 1.

- Giá trị của các bits ở Phần nhận dạng máy tính (Host

Id) đều là 0

•Quy ước địa chỉ IP:

- Nếu có địa chỉ IP như 172.29.8.230 thì chưa thể biết

được host này nằm trong mạng nào, có chia mạng con hay không và có nếu chia thì dùng bao nhiêu bit để

chia Chính vì vậy khi ghi nhận địa chỉ IP của một host,

phải cho biết Subnet mask của nó

- Ví dụ: 172.29.8.230/255.255.255.0 hoặc

172.29.8.230/24 (có nghĩa là dùng 24 bit đầu tiên cho

NetworkID).

•Thực hiện 3 bước:

- Bước 1: Xác định lớp (class) và subnet mask mặc

nhiên của địa chỉ

- Bước 2: Xác định số bit cần mượn và subnet mask

mới, tính số lượng mạng con, số host thực sự có được

- Bước 3: Xác định các vùng địa chỉ host và chọn mạng

con muốn dùng

Bài tập 1:

Cho địa chỉ IP sau: 172.16.0.0/16.

Hãy chia thành 8 mạng con và có tối thiểu

1000 host trên mỗi mạng con đó.

•Bước 1: Xác định Class và Subnet Mask mặc định.

- Địa chỉ trên viết dưới dạng nhị phân:

•Bước 2: Xác định số bit cần mượn.

- Cần mượn bao nhiêu bit:

• Bước 3: Xác định vùng địa chỉ của Host.

STT SubnetID Vùng HostID Broadcast

- Các máy trên có cùng mạng hay không ?

- Hãy liệt kê tất cả các địa chỉ IP thuộc các mạng vừa

tìm được?

•Thực hiện phép AND địa chỉ IP với Subnet Mask

•Chuyển IP sang dạng thập phân:

0000 1001

•Địa chỉ IP thứ hai: 192.168.5.39/28

•Xét 2 địa chỉ trên có cùng mạng không?

- 192.168.5.9/28

- 192.168.5.39/28

•Liệt kê tất cả các địa chỉ IP:

Bài tập 3:

Hãy xét đến một địa chỉ IP class B, 139.12.0.0,

với subnet mask là 255.255.0.0 Một Network

với địa chỉ thế này có thể chứa 65534 nodes hay computers Đây là một con số quá lớn Hãy chia

network thành 5 mạng con.

- Địa chỉ IP mới sẽ là 139.12.0.0/ 19 (để ý con số

19 thay vì 16 như trước đây)

• Liệt kê ID của Subnet Mask mới:

• NetworkID của các mạng con mới:

•Vùng địa chỉ IP của các HostID:

• Cách tính nhanh vùng địa chỉ IP:

- n – số bit làm subnet

- Số mạng con: S = 2^n

- Số gia địa chỉ mạng con: M = 2^(8-n) (n≤8)

- Byte cuối của IP địa chỉ mạng, ví dụ lớp C: (k-1)*M (với

Bài tập 4:

Cho địa chỉ IP: 102.16.10.107/12

- Tìm địa chỉ mạng con? Địa chỉ host

- Dải địa chỉ host có cùng mạng với IP trên?

- Broadcast của mạng mà IP trên thuộc vào?

• Tính Subnet Mask:

- Subnet mask:

- Byte đầu tiên chắc chắn khi dùng phép toán

AND ra kết quả bằng 102 → không cần đổi 102 sang nhị phân

•Dải địa chỉ Host:

Bài tập 5:

Cho địa chỉ IP 172.19.160.0/21

Chia làm 4 mạng con

Liệt kê các thông số gồm địa chỉ mạng, dãy địa

chỉ host, địa chỉ broadcast của các mạng con đó

Bước 1:

- Chia làm 4 mạng con nên phải mượn 2 bit

- Do /21 nên 2 byte đầu tiên của IP đã cho

không thay đổi Xét byte thứ 3

- 160 = 10100 00 0(2)

- Phần 2 bit 00 là nơi ta mượn làm subnet

Bước 2: Xác định địa chỉ mạng con

Bước 3: Xác định dải địa chỉ Host

Bài tập 6:

Cho địa chỉ IP 172.16.192.0/21, Chia làm 4 mạng con Liệt kê các thông số gồm:

– địa chỉ mạng

– dãy địa chỉ host

– địa chỉ broadcast của các mạng con đó

Bước 1:

- Chia làm 4 mạng con nên phải mượn 2 bit

- Do /18 nên 2 byte đầu tiên của IP đã cho

không thay đổi Xét byte thứ 3

- 192 = 11 00 0000(2)

- Phần 2 bit 00 là nơi ta mượn làm subnet

• Bước 2: Xác định địa chỉ mạng con

Bước 3: Xác định dải địa chỉ Host

Bài tập 7:

Cho giải địa chỉ IP 50.68.16.0/20 Sử dụng kỹ

thuật VLSM, hãy phân chia địa chỉ trên cho các

mạng sau:

- Mạng 1 yêu cầu 60 host

- Mạng 2 yêu cầu 632 host

- Mạng 3 yêu cầu 2 host

- Mạng 4 yêu cầu 1200 host

- Mạng 5 yêu cầu 315 host

• Theo kỹ thuật VSLM, ta phải sắp sếp các mạng

có số host từ cao nhất xuống thấp nhất như sau:

- Mạng 4 yêu cầu 1200 host

- Mạng 2 yêu cầu 632 host

- Mạng 5 yêu cầu 315 host

- Mạng 1 yêu cầu 60 host

- Mạng 3 yêu cầu 2 host

Bước 1:

- Gọi n là số bít cần mượn để chia mạng con thỏa mãnmạng 4

- Gọi h là số bit còn lại dành cho hostID

- Vì mạng 4 yêu cầu số host là 1200 → 2h − 2 ≥

– Và lấy mạng thứ 1 là 50.68.24.0/21 đem chia tiếp (ở

bước tiếp theo)

 số mạng con mới là 21 = 2 mạng con, địa chỉ Subnet

Mask mới của 2 mạng con này là 21 + 1 = /22;

 mỗi mạng con này sẽ có 2^h - 2 = 2^10 - 2 = 1022

địa chỉ host

– Lấy địa chỉ mạng thứ 0 là 50.68.24.0/22 đem cấp

cho mạng yêu cầu 632 host;

– Và lấy mạng thứ 1 là 50.68.28.0/22 đem chia tiếp

 số mạng con mới là 21 = 2 mạng con, Subnet Mask

mới của 2 mạng con này là 22 + 1 = /23;

 mỗi mạng con này sẽ có 2^h - 2 = 2^9 - 2 = 510 địa

chỉ host

 số mạng con mới là 23 = 8 mạng con, địa chỉ Subnet

Mask mới của 2 mạng con này là 23 + 3 = /26;

 mỗi mạng con này sẽ có 2^h - 2 = 2^6 - 2 = 62 địa

chỉ host

Kết luân tại bước 4:

– Lấy địa chỉ mạng thứ 0 là 50.68.30.0/26 đem cấp cho mạng yêu cầu 60 host;

– Và lấy mạng thứ 1 là 50.68.30.64/26 đem chia tiếp (ở bước tiếp theo)

 số mạng con mới là 24 = 16 mạng con, địa chỉ

Subnet Mask mới của 16 mạng con này là 26 + 4 =

/30

 mỗi mạng con này sẽ có 2^h - 2 = 2^2 - 2 = 2 địa

chỉ host

Bước 5:

Mạng thứ 0: tương tự bước trên, ta có ngay kết quả là

50.68.30.64/30

Các mạng tiếp theo, nếu cần có thể tính tương tự trên

Kết luận tại bước 5:

Lấy địa chỉ mạng thứ 0 là 50.68.30.64/30 đem cấp cho mạng yêu cầu 2 host