1 / 133

Mạng máy tính

Mạng máy tính. Trung tâm Công nghệ Thông tin Đại học Sư phạm Hà Nội. Chương 4: Tầng mạng. Mục đích: Hiểu các nguyên tắc bên trong dịch vụ tầng mạng: Chọn đường Vấn đề quy mô Cách làm việc của Router Các chủ đề nâng cao: IPv6, mobility Ví dụ và cài đặt trong Internet.

anson
Download Presentation

Mạng máy tính

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Mạng máy tính Trung tâm Công nghệ Thông tin Đại học Sư phạm Hà Nội

  2. Chương 4: Tầng mạng Mục đích: • Hiểu các nguyên tắc bên trong dịch vụ tầng mạng: • Chọn đường • Vấn đề quy mô • Cách làm việc của Router • Các chủ đề nâng cao: IPv6, mobility • Ví dụ và cài đặt trong Internet

  3. 4.5 Thuật toán dẫn đường Link state Distance Vector Hierarchical routing 4.6 Dẫn đường trong Internet RIP OSPF BGP 4.7 Dẫn đường broadcast và multicast 4. 1 Tổng quan 4.2 Mạng Virtual circuit và datagram 4.3 IP: Internet Protocol Định dạng Datagram Địa chỉ IPv4 ICMP IPv6 4.4 Bên trong Router Chương 4: Tầng mạng

  4. Chuyển segment từ host gửi tới host nhận Bên gửi đóng gói segment thành các datagram Bên nhận chuyển các segment tới tầng giao vận Các giao thức tầng mạng có trong mọi host, router Router kiểm tra trường header trong mọi IP datagram chuyển qua nó network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical application transport network data link physical application transport network data link physical Tầng mạng

  5. Chức năng chính của tầng mạng • Chuyển tiếp: chuyển các gói tin từ đầu vào router sang đầu ra thích hợp của router • Dẫn đường: xác định đường đi của gói tin từ nguồn tới đích. • Các thuật toán dẫn đường Liên hệ: • Dẫn đường: Quá trình lập kế hoạch chuyến đi từ nguồn đến đích • Chuyển tiếp: Quá trình xử lý qua một điểm đơn

  6. Thuật toán dẫn đường Bảng chuyển tiếp cục bộ Giá trị header Đường ra 0100 0101 0111 1001 3 2 2 1 Giá trị trong header của gói tin đến 1 0111 2 3 Ảnh hưởng giữa chọn đường và chuyển tiếp

  7. Ví dụ các dịch vụ cho từng datagram: Truyền đảm bảo Truyền đảm bảo độ trễ nhỏ hơn 40 msec Ví dụ các dịch vụ cho một luồng datagram: Chuyển datagram đúng thứ tự Đảm bảo tốc độ tối thiểu cho luồng Hạn chế sự thay đổi khoảng cách giữa các gói tin Mô hình dịch vụ mạng Q:Mô hình dịch vụ nào cho kênh truyền các datagram từ bên gửi tới bên nhận?

  8. Các mô hình dịch vụ của tầng mạng Đảm bảo ? Kiến trúc mạng Internet ATM ATM ATM ATM Mô hình dịch vụ best effort CBR VBR ABR UBR Phản hồi tắc nghẽn Không (suy ra từ loss) Không tắc nghẽn Không tắc nghẽn Có Không Bandwidth Không tốc độ hằng số tốc độ đảm bảo đảm bảo mức tối thiểu Không Mất gói Không Có Có Không Không Thứ tự Không Có Có Có Có Thời gian Không Có Có Không Không

  9. 4.5 Thuật toán dẫn đường Link state Distance Vector Hierarchical routing 4.6 Dẫn đường trong Internet RIP OSPF BGP 4.7 Dẫn đường broadcast và multicast 4. 1 Tổng quan 4.2 Mạng Virtual circuit và datagram 4.3 IP: Internet Protocol Định dạng Datagram Địa chỉ IPv4 ICMP IPv6 4.4 Bên trong Router Chương 4: Tầng mạng

  10. Dịch vụ hướng kết nối và không hướng kết nối của tầng mạng • Mạng datagram cung cấp dịch vụ không hướng kết nối ở tầng mạng • Mạng VC cung cấp dịch vụ hướng kết nối ở tầng mạng • Tương tự với các dịch vụ của tầng giao vận, nhưng: • Dịch vụ: host tới host • Cài đặt: trong phần lõi

  11. Thiết lập mỗi cuộc gọi trước khi dữ liệu có thể truyền Mỗi gói tin mạng một định danh VC (không phải địa chỉ host đích) Mọi router trên đường đi từ nguồn tới đích duy trì trạng thái cho mỗi kết nối đi qua Tài nguyên router, đường truyền (bandwidth, vùng đệm) cấp phát cho VC “Đường đi từ nguồn tới đích giống như mạng điện thoại” Hiệu năng tốt Sự kiện mạng theo đường đi từ nguồn tới đích Virtual circuit

  12. Cài đặt VC Một VC bao gồm: • Đường đi từ nguồn tới đích • VC number, một số cho mỗi đường truyền dọc đường đi • Điểm vào trong bảng chuyển tiếp trong router trên đường đi

  13. Sử dụng để thiết lập, duy trì, chấm dứt VC Sử dụng trong ATM, frame-relay, X.25 Không sử dụng trong Internet hiện nay application transport network data link physical application transport network data link physical Virtual circuit: Giao thức báo hiệu 6. Nhận dữ liệu 5. Luồng dữ liệu bắt đầu 4. Cuộc gọi được kết nối 3. Chấp nhận cuộc gọi 1. Khởi đầu cuộc gọi 2. Cuộc gói đến

  14. Không thiết lập cuộc gọi tại tầng mạng Router: không có trạng thái về các kết nối end-to-end Không có khái niệm mức mạng về kết nối Các gói tin chuyển tiếp sử dụng địa chỉ của host đích Các gói tin cùng cặp địa chỉ nguồn-đích có thể đi theo các đường khác nhau application transport network data link physical application transport network data link physical Mạng datagram 1. Gửi dữ liệu 2. Nhận dữ liệu

  15. So sánh mạng datagram và mạng VC

  16. 4.5 Thuật toán dẫn đường Link state Distance Vector Hierarchical routing 4.6 Dẫn đường trong Internet RIP OSPF BGP 4.7 Dẫn đường broadcast và multicast 4. 1 Tổng quan 4.2 Mạng Virtual circuit và datagram 4.3 IP: Internet Protocol Định dạng Datagram Địa chỉ IPv4 ICMP IPv6 4.4 Bên trong Router Chương 4: Tầng mạng

  17. Chức năng tầng mạng của host, router: • Giao thức ICMP • Thông báo lỗi • Báo hiệu của router • Giao thức IP • Quy tắc đánh địa chỉ • Định dạng datagram • Quy tắc điều khiển gói tin • Giao thức dẫn đường • Chọn đường • RIP, OSPF, BGP Bảng chuyển tiếp Tầng mạng của Internet Tầng giao vận: TCP, UDP Tầng mạng Tầng liên kết dữ liệu Tầng vật lý

  18. 4.5 Thuật toán dẫn đường Link state Distance Vector Hierarchical routing 4.6 Dẫn đường trong Internet RIP OSPF BGP 4.7 Dẫn đường broadcast và multicast 4. 1 Tổng quan 4.2 Mạng Virtual circuit và datagram 4.3 IP: Internet Protocol Định dạng Datagram Địa chỉ IPv4 ICMP IPv6 4.4 Bên trong Router Chương 4: Tầng mạng

  19. Số phiên bản của giao thức IP 32 bits tổng chiều dài của datagram (byte) Chiều dài header (byte) type of service head. len ver length fragment offset “kiểu” dữ liệu để phân mảnh/ ghép phân mảnh flgs 16-bit identifier Số hop tối đa còn lại (giảm tại mỗi router) upper layer time to live Internet checksum 32 bit địa chỉ IP nguồn 32 bit địa chỉ IP đích Giao thức của tầng trên để chuyển payload Ví dụ: timestamp, bản ghi đường đi (danh sách các router đi qua) Tùy chọn dữ liệu (chiều dài thay đổi, thường là một TCP hoặc UDP segment) Định dạng IP datagram Overhead của TCP? • 20 byte của TCP • 20 byte của IP • = 40 byte + Overhead của tầng ứng dụng

  20. Liên kết mạng có MTU (kích thước truyền tối đa) – frame mức liên kết dữ liệu lớn nhất có thể. Các kiểu liên kết khác nhau, MTU khác nhau Sự phân mảnh IP datagram: Một datagram thành nhiều datagram Chỉ ghép lại tại đích Sử dụng thông tin trong IP header để xác định, xếp thứ tự các phân mảnh Phân mảnh và ghép phân mảnh IP datagram Phân mảnh: Vào: một datagram lớn Ra: 3 datagram nhỏ hơn Ghép phân mảnh

  21. length =1500 length =1500 length =4000 length =1040 ID =x ID =x ID =x ID =x fragflag =0 fragflag =1 fragflag =1 fragflag =0 offset =0 offset =0 offset =370 offset =185 Một datagram lớn chia thành nhiều datagram nhỏ hơn Sự phân mảnh và ghép phân mảnhIP datagram Ví dụ • Datagram: 4000 byte • MTU = 1500 byte 1480 bytes in data field offset = 1480/8

  22. 4.5 Thuật toán dẫn đường Link state Distance Vector Hierarchical routing 4.6 Dẫn đường trong Internet RIP OSPF BGP 4.7 Dẫn đường broadcast và multicast 4. 1 Tổng quan 4.2 Mạng Virtual circuit và datagram 4.3 IP: Internet Protocol Định dạng Datagram Địa chỉ IPv4 ICMP IPv6 4.4 Bên trong Router Chương 4: Tầng mạng

  23. Địa chỉ IP: 32-bit định danh cho giao tiếp của host, router Giao diện: kết nối giữa host/router và liên kết vật lý Thông thường, router có nhiều giao tiếp host có thể có nhiều giao tiếp Địa chỉ IP gán cho mỗi tiếp 223.1.1.2 223.1.2.1 223.1.3.27 223.1.3.1 223.1.3.2 223.1.2.2 Địa chỉ IP 223.1.1.1 223.1.2.9 223.1.1.4 223.1.1.3 223.1.1.1 = 11011111 00000001 00000001 00000001 223 1 1 1

  24. Địa chỉ IP: Phần subnet (các bít phần cao) Phần host (các bít phần thấp) Khái niệm subnet ? Giao diện của thiết bị mà địa chỉ IP có cùng phần subnet Có thể kết nối với không không cần thông qua router Subnet 223.1.1.1 223.1.2.1 223.1.1.2 223.1.2.9 223.1.1.4 223.1.2.2 223.1.1.3 223.1.3.27 LAN 223.1.3.2 223.1.3.1 Mạng chứa 3 subnet

  25. Công thức Để xác định các subnet, tách giao tiếp của host hoặc router, tạo mạng cô lập. Mỗi mạng cô lập gọi là một subnet. 223.1.1.0/24 223.1.2.0/24 223.1.3.0/24 Subnet Subnet mask: /24

  26. Số subnet ? Subnet 223.1.1.2 223.1.1.1 223.1.1.4 223.1.1.3 223.1.7.0 223.1.9.2 223.1.9.1 223.1.7.1 223.1.8.1 223.1.8.0 223.1.2.6 223.1.3.27 223.1.2.1 223.1.2.2 223.1.3.1 223.1.3.2

  27. Phân lớp địa chỉ IP

  28. Phần host Phần subnet 11001000 0001011100010000 00000000 200.23.16.0/23 Địa chỉ IP: CIDR CIDR:Classless InterDomain Routing • Phần địa chỉ subnet có độ dài tùy ý • Định dạng địa chỉ: a.b.c.d/x, trong đó x là số bít của phần subnet trong địa chỉ

  29. Địa chỉ IP: Cách gán địa chỉ IP? Q: Cách để host có địa chỉ IP? • Khai báo bởi người quản trị • Windows: Control Panel->Network->Configuration->TCP/IP->Properties • UNIX: /etc/rc.config • DHCP:Dynamic Host Configuration Protocol: lấy địa chỉ IP động từ server

  30. Địa chỉ IP: Cách gán địa chỉ IP? Q: Cách xác định subnet từ địa chỉ IP? A: Tính dựa vào phần không gian địa chỉ được cấp Khối của ISP 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/20 Tổ chức 0 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/23 Tổ chức 1 11001000 00010111 00010010 00000000 200.23.18.0/23 Tổ chức 2 11001000 00010111 00010100 00000000 200.23.20.0/23 ... ….. …. …. Tổ chức 7 11001000 00010111 00011110 00000000 200.23.30.0/23

  31. 200.23.16.0/23 200.23.18.0/23 200.23.30.0/23 200.23.20.0/23 . . . . . . Địa chỉ phân cấp: Gửi kết tập Địa chỉ phân cấp cho phép thông báo hiệu quả thông tin dẫn đường: Tổ chức 0 Tổ chức 1 “Gửi cho tôi gói tin có địa chỉ bắt đầu bằng 200.23.16.0/20” Tổ chức 2 Fly-By-Night-ISP Internet Tổ chức 7 “Gửi cho tôi gói tin có địa chỉ bắt đầu bằng 199.31.0.0/16” ISPs-R-Us

  32. 200.23.16.0/23 200.23.18.0/23 200.23.30.0/23 200.23.20.0/23 . . . . . . Địa chỉ phân cấp ISPs-R-Us có hơn một đường đi tới tổ chức 1 Tổ chức 0 “Gửi cho tôi gói tin có địa chỉ bắt đầu bằng 200.23.16.0/20” Tổ chức 2 Fly-By-Night-ISP Internet Tổ chức 7 “Gửi cho tôi gói tin có địa chỉ bắt đầu bằng 199.31.0.0/16 hoặc 200.23.18.0/23” ISPs-R-Us Tổ chức 1

  33. Địa chỉ IP: Các thông tin khác Q: Cách ISP nhận địa chỉ? A: ICANN: Internet Corporation for Assigned Names and Numbers • Cấp phát địa chỉ • Quản lý DNS • Gán tên miền, trả lời yêu cầu DNS

  34. NAT: Network Address Translation Phần còn lại của Internet Mạng cục bộ 10.0.0/24 10.0.0.1 10.0.0.4 10.0.0.2 138.76.29.7 10.0.0.3 Tất cả các datagram rời mạng cục bộ có cùng địa chỉ NAT IP nguồn là: 138.76.29.7, khác nhau về giá trị cổng nguồn Các datagram với nguồn hoặc đích trong mạng có địa chỉ 10.0.0/24, địa chỉ nguồn/đích có giá trị như bình thường

  35. NAT: Network Address Translation • Động cơ mạng cục bộ sử dụng 1 địa chỉ IP: • Không cần được cấp phát dải địa chỉ từ ISP: một địa chỉ IP cho tất cả mọi thiết bị • Có thể thay đổi địa chỉ của thiết bị trong mạng cục bộ không cần thông báo với thế giới bên ngoài • Có thể thay đổi ISP không cần thay đổi địa chỉ của các thiết bị trong mạng cục bộ • Các thiết bị trong mạng cục bộ không có địa chỉ rõ ràng đối với thế giới bên ngoài (bảo mật hơn)

  36. NAT: Network Address Translation Thực hiện: NAT router phải: • Các datagram ra ngoài:thay thế (địa chỉ IP nguồn, port #) của mọi datagram ra ngoài thành (địa chỉ NAT IP, port # mới) . . . Client/server ở xa sẽ trả lời sử dụng (địa chỉ NAT IP, port # mới) là địa chỉ đích. • Ghi nhớ (trong bảng phiên dịch NAT) mọi cặp (địa chỉ IP nguồn, port #) thành (địa chỉ NAT IP, port # mới) • Các datagram đi vào:thay thế (địa chỉ NAT IP, port # mới) trong trường địa chỉ đích của mọi datagram đi vào bằng (địa chỉ IP nguồn, port #) tương ứng (chứa trong bảng phiên dịch NAT)

  37. 3 1 2 4 S: 10.0.0.1, 3345 D: 128.119.40.186, 80 S: 138.76.29.7, 5001 D: 128.119.40.186, 80 1: host 10.0.0.1 gửi datagram tới 128.119.40, 80 2: NAT router thay đổi địa chỉ nguồn của datagram từ 10.0.0.1, 3345 thành 138.76.29.7, 5001, cập nhật bảng S: 128.119.40.186, 80 D: 10.0.0.1, 3345 S: 128.119.40.186, 80 D: 138.76.29.7, 5001 NAT: Network Address Translation Bảng phiên dịch NAT Địa chỉ phía WAN Địa chỉ phía LAN 138.76.29.7, 5001 10.0.0.1, 3345 …… …… 10.0.0.1 10.0.0.4 10.0.0.2 138.76.29.7 10.0.0.3 4: NAT router thay đổi địa chỉ đích của datagram từ 138.76.29.7, 5001 thành 10.0.0.1, 3345 3: Trả lời đến địa chỉ đích: 138.76.29.7, 5001

  38. NAT: Network Address Translation • Trường giá trị cổng 16-bit: • 60,000 kết nối đồng thời qua một địa chỉ đơn phía LAN! • Tranh luận về NAT: • Các router chỉ nên xử lý tới tầng 3 • Vi phạm tham số end-to-end • NAT có thể phải chú ý bởi người thiết kế ứng dụng, ví dụ: ứng dụng P2P • Địa chỉ ngắn nên được thay bằng IPv6

  39. 4.1 Tổng quan 4.2 Mạng Virtual circuit và datagram 4.3 IP: Internet Protocol Định dạng Datagram Địa chỉ IPv4 ICMP IPv6 4.4 Bên trong Router 4.5 Thuật toán dẫn đường Link state Distance Vector Hierarchical routing 4.6 Dẫn đường trong Internet RIP OSPF BGP 4.7 Dẫn đường broadcast và multicast Chương 4: Tầng mạng

  40. Sử dụng bởi host và router để giao tiếp thông tin mức mạng Thông báo lỗi: không thấy host, mạng, cổng, giao thức Echo request/reply (sử dụng trong lệnh ping) Tầng mạng trên IP: Bản tin ICMP được chứa trong IP datagram Bản tin ICMP: type, code, 8 byte đầu tiên của IP datagram gây ra lỗi ICMP: Internet Control Message Protocol TypeCodeMô tả 0 0 echo reply (ping) 3 0 dest. network unreachable 3 1 dest host unreachable 3 2 dest protocol unreachable 3 3 dest port unreachable 3 6 dest network unknown 3 7 dest host unknown 4 0 source quench (congestion control - not used) 8 0 echo request (ping) 9 0 route advertisement 10 0 router discovery 11 0 TTL expired 12 0 bad IP header

  41. Phía nguồn gửi một chuỗi các UDP segment đến đích Đầu tiên có TTL =1 Thứ hai có TTL=2,… Khi datagram thứ n tới router thứ n: Router loại bỏ datagram Và gửi tới nguồn một bản tin ICMP (type 11, code 0) Bản tin bao gồm tên của router và địa chỉ IP Khi bản tin ICMP tới, nguồn tính RTT Traceroute thực hiện 3 lần Điều kiện dừng UDP segment cuối cùng đến host đích Đích trả về gói tin ICMP “host unreachable” (type 3, code 3) Khi nguồn nhận gói tin ICMP này -> dừng Traceroute và ICMP

  42. 4.1 Tổng quan 4.2 Mạng Virtual circuit và datagram 4.4 IP: Internet Protocol Định dạng Datagram Địa chỉ IPv4 ICMP IPv6 Bên trong Router 4.5 Thuật toán dẫn đường Link state Distance Vector Hierarchical routing 4.6 Dẫn đường trong Internet RIP OSPF BGP 4.7 Dẫn đường broadcast và multicast Chương 4: Tầng mạng

  43. IPv6 • Mục đích ban đầu:Không gian địa chỉ 32-bit sớm cấp phát hết • Mục đích khác: • Định dạng của header giúp tăng tốc xử lý và chuyển tiếp gói tin • Thay đổi header để hỗ trợ QoS Định dạng của IPv6 datagram: • Header có độ dài cố định 40 byte • Không cho phép phân mảnh

  44. IPv6 Header Priority: Xác định mức ưu tiên giữa các datagram trong luồng Flow Label: xác định datagram trong cùng luồng Next header: xác định giao thức tầng trên

  45. Các thay đổi khác so với IPv4 • Checksum:loại bỏ hoàn toàn để giảm thời gian xử lý tại mỗi hop • Options: cho phép, nhưng ngoài header, chỉ định bởi trường “Next Header” • ICMPv6: phiên bản mới của ICMP • Thêm các kiểu bản tin mới, ví dụ “Packet Too Big” • Chức năng quản lý nhóm multicast

  46. Chuyển từ IPv4 sang IPv6 • Tất cả các router không thể nâng cấp đồng thời • Cách để mạng có thể hoạt động với cả router IPv4 và IPv6? • Tunneling: IPv6 là payload trong IPv4 datagram giữa các IPv4 router

  47. Flow: X Src: A Dest: F dữ liệu Flow: X Src: A Dest: F dữ liệu Flow: X Src: A Dest: F dữ liệu Flow: X Src: A Dest: F dữ liệu D C F E B A F E B A Src:B Dest: E Src:B Dest: E Tunneling tunnel Góc nhìn lôgíc: IPv6 IPv6 IPv6 IPv6 Góc nhìn vật lý: IPv6 IPv6 IPv6 IPv6 IPv4 IPv4 A-to-B: IPv6 E-to-F: IPv6 B-to-C: IPv6 trong IPv4 B-to-C: IPv6 trong IPv4

  48. 4. 1 Tổng quan 4.2 Mạng Virtual circuit và datagram 4.3 IP: Internet Protocol Định dạng Datagram Địa chỉ IPv4 ICMP IPv6 4.4 Bên trong Router 4.5 Thuật toán dẫn đường Link state Distance Vector Hierarchical routing 4.6 Dẫn đường trong Internet RIP OSPF BGP 4.7 Dẫn đường broadcast và multicast Chương 4: Tầng mạng

More Related