Bài giảng Mạng máy tính - Chương 4: Tầng mạng

Chương 4.

Tầng mạng

Tổng quan

Giao thức IP

Định tuyến

1

1. Tổng quan về

tầng mạng

Tổng quan

Giao thức IP

Định tuyến

2

1

Tầng mạng trên kiến trúc phân

tầng

Hỗ trợ các ứng dụng trên mạng

Application

(HTTP, Mail, …)

Transport

Điều khiển truyền dữ liệu giữa các tiến trình

(UDP, TCP …)

của tầng ứng dụng

Network

(IP, ICMP…)

Datalink

Điều khiển truyền dữ liệu giữa các

nút mạng qua môi trường liên mạng

Hỗ trợ việc truyền thông cho các thành

phần kế tiếp trên cùng 1 mạng

(Ethernet, ADSL…)

Physical

Truyền và nhận dòng bit trên đường

truyền vật lý

(bits…)

3

Tầng mạng

application

transport

network

data link

physical

^Truyền dữ liệu từ host-host

^Cài đặt trên mọi hệ thống

cuối và bộ định tuyến

network

data link

physical

network

data link

physical

network

data link

physical

network

data link

physical

network

data link

physical

^Đơn vị truyền: datagram

^Bên gửi: nhận dữ liệu từ

tầng giao vận, đóng gói

network

data link

physical

network

data link

physical

network

data link

physical

^Bên nhận: mở gói, chuyển

phần dữ liệu trong payload

cho tầng giao vận

application

transport

network

data link

physical

network

data link

physical

network

data link

physical

network

data link

physical

 Bộ định tuyến(router): định

tuyến và chuyển tiếp gói tin

4

2

Chức năng chính

^Định tuyến (Routing): Tìm tuyến đường (qua các nút

trung gian) để gửi dữ liệu từ nguồn tới đích

^Chuyển tiếp (Forwarding): Chuyển gói tin trên cổng

vào tới cổng ra theo tuyến đường

^Định địa chỉ (Addressing): Định danh cho các nút

mạng

^Đóng gói dữ liệu (Encapsulating): Nhận dữ liệu từ

giao thức ở trên, thêm tiêu đề mang thông tin điều

khiển quá trình truyền dữ liệu từ nguồn tới đích

^Đảm bảo chất lượng dịch vụ(QoS): đảm bảo các

thông số phù hợp của đường truyền theo từng dịch

vụ

5

Định tuyến và chuyển tiếp

Giao thức định tuyến xác

định đường đi ngắn nhất

giữa 2 bên truyền tin

Giao thức

định tuyến

Bảng chuyển tiếp

Bảng chuyển tiếp xác

định cổng ra (outgoing

port) để chuyển dữ liệu

tới đích

dest address

outgoing port

net. address/net.mask

1

2

1

Gói tin (tiêu đề chứa

địa chỉ đích)

1

3

2

6

3

Các giao thức tầng mạng

transport layer: TCP, UDP

Giao thức định tuyến

• Tìm đường

• RIP, OSPF, BGP

ICMP

• Báo lỗi

• Kiểm tra trạng thái nút mạng

Tầng

mạng

IP

• Định danh

• Đóng gói

• Chuyển tiếp

• QoS

link layer

physical layer

7

2. Giao thức IP

8

4

2.1. Đặc điểm giao thức

^Là giao thức cơ sở của tầng

mạng



Kết nối liên mạng

^Là giao thức được định tuyến

(routed protocol)

^Đòi hỏi phải có các giao thức định

tuyến để xác định trước đường đi

cho dữ liệu.

^Giúp ứng dụng tầng trên không

phụ thuộc vào tầng dưới

9

Đặc điểm của giao thức IP

^Giao thức hướng không liên kết

^Các gói tin được xử lý độc lập

^Không tin cậy / nhanh

^Truyền dữ liệu theo phương thức “best effort”

^IP không có cơ chế phục hồi nếu có lỗi

^Khi cần, ứng dụng sẽ sử dụng dịch vụ tầng trên

để đảm bảo độ tin cậy (TCP)

10

5

Chức năng cơ bản của IP

^Định địa chỉ: địa chỉ IP

^Đóng gói dữ liệu

^Dồn kênh/Phân kênh

^Chuyển tiếp: theo địa chỉ IP (sẽ đề cập trong

phần sau)

^Đảm bảo chất lượng dịch vụ

11

2.2. Địa chỉ IPv4

Lớp địa chỉ IP

CIDR – Địa chỉ IP không phân lớp

Mạng con và mặt nạ mạng

Các địa chỉ IP đặc biệt

12

6

Địa chỉ IP (IPv4)

^Địa chỉ IP: Một số 32-

bit để định danh cổng

giao tiếp mạng trên

nút đầu cuối (PC,

223.1.1.1

223.1.1.2

223.1.2.1

223.1.2.9

223.1.1.4

server, smart phone),

bộ định tuyến

223.1.2.2

223.1.3.27

223.1.1.3

223.1.3.1

^Mỗi địa chỉ IP được

gán cho một cổng

duy nhất

223.1.3.2

^Địa chỉ IP có tính duy

nhất trong mạng

223.1.1.1 = 11011111 00000001 00000001 00000001

223

1

13

Làm thế nào để cấp phát địa chỉ IP?

^Cấp phát cố định(Static IP):

^Windows: Control Panel  Network 

Configuration  TCP/IP  Properties

^Linux: /etc/network/interfaces

^Cấp phát tự động: DHCP- Dynamic Host

Configuration Protocol

14

7

Biểu diễn địa chỉ IPv4

Ví dụ:

203.178.136.63

259.12.49.192

133.27.4.27

o

x

o

8 bits

0 – 255 integer

Sử dụng 4 phần 8 bits để miêu tả một địa chỉ 32 bits

1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0

203

178

143

100

15

Địa chỉ IPv4

^Địa chỉ IP có hai phần

^Host ID – phần địa chỉ máy trạm

^Network ID – phần địa chỉ mạng

Network ID

Host ID

1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0

203

178

143

100

^Làm thế nào biết được phần nào là cho máy trạm,

phần nào cho mạng?

^Phân lớp địa chỉ

^Không phân lớp – CIDR

16

8

Các dạng địa chỉ

^Địa chỉ mạng (Network Address):

^Định danh cho một mạng

^Tất cả các bit phần HostID là 0

^Địa chỉ quảng bá (Broadcast Address)

^Địa chỉ dùng để gửi dữ liệu cho tất cả các máy trạm

trong mạng

^Tất cả các bit phần HostID là 1

^Địa chỉ máy trạm (Unicast Address)

^Gán cho một cổng mạng

^Địa chỉ nhóm (Multicast address): định danh cho

nhóm

17

Phân lớp địa chỉ IP(Classful

Addressing)

8bits

Class A

Class B 1 0

Class C 1 1 0

0

7 bit

6 bit

5 bit

H

N

H

N

H

Class D 1 1 1 0

Class E 1 1 1 1

Multicast

Reserve for future use

# of network

128

# of hosts/1 net

2^24 - 2

65534

Class A

Class B

Class C

16384

2^21

18

254

18

9

Hạn chế của việc phân lớp địa chỉ

^Lãng phí không gian địa chỉ

^Việc phân chia cứng thành các lớp (A, B, C, D, E) làm hạn

chế việc sử dụng toàn bộ không gian địa chỉ

Cách giải quyết …

^CIDR: Classless Inter Domain Routing

^Classless addressing

^Phần địa chỉ mạng sẽ có độ dài bất kỳ

^Dạng địa chỉ: m1.m2.m3.m4 /n, trong đó n (mặt nạ mạng)

là số bit trong phần ứng với địa chỉ mạng

19

Mặt nạ mạng

^Mặt nạ mạng chia một địa chỉ IP làm 2 phần

^Phần ứng với máy trạm

^Phần ứng với mạng

^Dùng toán tử AND

^Tính địa chỉ mạng

^Tính khoảng địa chỉ IP

20

10

Mô tả mặt nạ mạng

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0

255

224

^Thập phân có chấm 255.255.255.224

^Prefix: /27

^Hexa: 0xFFFFFFe0

21

Cách tính địa chỉ mạng

Network part

Host Part

203

.

178

.

142

.

130

IP Address

11001011 10110010 10001110 10000010

255 255 255 224

.

Netmask (/27)

11111111 11111111 11111111 11100000

27 (bit)

AND

203

.

178

.

142

.

128

11001011 10110010 10001110 10000000

Network address

203.178.142.128 /27

22

11

Mặt nạ mạng và kích thước mạng

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0

255

192

^Kích thước

^Trong trường hợp /26



Phần máy trạm = 6 bits

2⁶=64

^Theo lũy thừa 2

^RFC1878

Dải địa chỉ có thể gán:

^0 1 – 63 62

^64 65 – 127 126

^128 129 – 191 190

^192 193 – 255 254

23

Địa chỉ IP và mặt nạ mạng

^Địa chỉ nào là địa chỉ máy trạm, địa chỉ mạng,

địa chỉ quảng bá?

(1) 203.178.142.128 /25

(2) 203.178.142.128 /24

(3) 203.178.142.127 /25

(4) 203.178.142.127 /24

^Lưu ý: Với cách địa chỉ hóa theo CIDR, địa chỉ

IP và mặt nạ mạng luôn phải đi cùng nhau

24

12

Mạng con - subnet

^Là một phần của một

mạng nào đó

223.1.1.1

223.1.1.2

223.1.2.1

223.1.2.9

223.1.2.2

^ISP thường được gán

một khối địa chỉ IP

223.1.1.4

^Một vài mạng con sẽ

được tạo ra

223.1.1.3

223.1.3.1

223.1.3.27

subnet

223.1.3.2

^Tạo subnet như thế

nào

^Sử dụng một mặt nạ

mạng dài hơn

Mạng với 3 mạng con

25

Ví dụ: Chia làm 2 subnets

11001000 00010111 00010000 00000000

200.

23.

16.

0

/24

11001000 00010111 00010000 00000000

200. 23. 16.

11001000 00010111 00010000 10000000

200. 23. 16. 128

0

/25

Chia thành 4 mạng con?

26

13

Ví dụ: Chia làm 4 subnets

 Mạng với mặt nạ /24

^Cần tạo 4 mạng con

^Mạng với 14 máy tính

^Mạng với 30 máy tính

^Mạng với 31 máy tính

^Mạng với 70 máy tính

/28

/27

/26

/25

/28

/27

/26

/25

/24

27

Không gian địa chỉ IPv4

^Theo lý thuyết

^Có thể là 0.0.0.0 ～ 255.255.255.255

^Một số địa chỉ đặc biệt

^Địa chỉ IP đặc biệt (RFC1918)

10.0.0.0/8

Private address

172.16.0.0/16  172.31.0.0/16

192.168.0.0/24  192.168.255.0 /24

Loopback address 127.0.0.0 /8

224.0.0.0

Multicast address

～239.255.255.255

^Địa chỉ liên kết nội bộ: 169.254.0.0/16 (tự động cấu hình)

28

14

Quản lý địa chỉ IP công cộng

^Internet Corporation for Assigned Names and Numbers

(ICANN): quản lý toàn bộ tài nguyên địa chỉ IP

^Regional Internet Registries: quản lý địa chỉ IP theo vùng

(châu Á-Thái Bình Dương, châu Âu và Trung Đông,

châu Phi, Bắc Mỹ, Nam Mỹ)

^Cơ quan quản lý quốc gia



Việt Nam: VNNIC

^Nhà cung cấp dịch vụ (ISP)

^Cơ quan, tổ chức

^Ví dụ

ICANN  APNIC  VNNIC  HUST

29

2.3. DHCP

30

15

Giới thiệu chung

^Dynamic Host Configuration Protocol

^Dịch vụ tầng ứng dụng cung cấp cấu hình địa

chỉ IP cho các nút mạng:

^Địa chỉ IP

^Mặt nạ mạng

^Địa chỉ bộ đinh tuyến mặc định (default router, default

gateway)

^Có thể địa chỉ máy chủ DNS phân giải tên miền

^Hoạt động theo mô hình client/server: client sử

dụng các thông số địa chỉ IP do server cấp phát

31

Các thông điệp DHCP

Client

Server

^DHCP Discover: tìm

kiếm DHCP Server

^DHCP Offer: Cung

cấp thông số cấu hình

địa chỉ IP

^DHCP Request: đăng

ký sử dụng địa chỉ IP ^DHCP ACK: Chấp

nhận đăng ký

phóng địa chỉ IP đang ^DHCP NAK: Từ chối

^DHCP Release: giải

sử dụng

đăng ký

^DHCP Decline: Từ

chối địa chỉ IP được

cấp phát

32

16

Hoạt động

^Cấp phát cấu hình mới

33

Hoạt động

^Gia hạn sử dụng

^T: Thời hạn sử

dụng cấu hình

34

17

DHCP Relay

^DHCP Server nằm trên một mạng khác với client  các

gói tin quảng bá không được bộ định tuyến chuyển tiếp

 cài đặt DHCP Relay trên bộ định tuyến

35

2.4. Khuôn dạng gói

tin IP

36

18

Phần đầu gói tin IP

total datagram

length (words)

IP protocol version

number

32 bits

DS

head.

len

16-bit identifier

ver

length

fragment

offset

header

header length

(bytes)

for

fragmentation/

reassembly

flgs

upper

protocol

QoS support

time to

live

checksum

32 bit source IP address

32 bit destination IP address

Options (if any)

max number

remaining hops

(decremented at

each router)

E.g. timestamp,

record route

taken, specify

list of routers

to visit.

data

upper layer protocol

to deliver payload to

(variable length,

typically a TCP

or UDP segment)

37

IP header (1)

 Version: Phiên bản giao thức (4 bits)

^IPv4

^IPv6

^Header length: Độ dài phần đầu: 4bits

^Tính theo từ (4 bytes)

^Min: 5 x 4 (byte)

^Max: 15 x 4 (byte)

^DS (Differentiated Service : 8bits)

^Tên cũ: Type of Service

^Hiện tại được sử dụng trong quản lý QoS

38

19

IP header (2)

^Length: Độ dài toàn bộ, tính cả phần đầu (16 bits)

^Theo bytes

^Max: 65536

^Identifier – Số hiệu gói tin (16 bit)

^Dùng để xác định một chuỗi các gói tin của một gói tin bị

phân mảnh

^Flag – Cờ báo phân mảnh(3 bit)

^Fragmentation offset – Vị trí gói tin phân mảnh trong

gói tin ban đầu (13 bit)

39

IP header (3)

^TTL, 8 bits – Thời gian sống

^Độ dài đường đi gói tin có thể đi qua

 Max: 255

^Router giảm TTL đi 1 đơn vị khi xử lý

^Gói tin bị hủy nếu TTL bằng 0

^Upper protocol – giao thức tầng trên

 Giao thức giao vận phía trên (TCP, UDP,…)

^Các giao thức tầng mạng khác (ICMP, IGMP, OSPF ) cũng

có trường này

^Sử dụng để dồn kênh/phân kênh

40

20

Bài giảng Mạng máy tính - Chương 4: Tầng mạng - Bùi Trọng Tùng