CHƯƠng 1 giới thiệu về MẠng các kiến thức cơ SỞ Mạng máy tính là gì ?
tải về 389.87 Kb.
|
Lớp Network (lớp 3) Chức năng quan trọng nhất của lớp Network là định tuyến (Routing), định tuyến là quá trình chuyển thông tin qua mạng từ nơi gởi tới nơi nhận. Định tuyến có hai thành phần là chuyển mạch (switching) và chọn đường (path determination). Trong quá trình switching, bên gởi (source or sender) thêm vào địa chỉ bên gởi, địa chỉ bên nhận, địa chỉ vật lý (MAC), địa chỉ của Router đầu tiên (hay là địa chỉ Default-Gateway) mà packet tới. Khi packet tới Router, Router sẽ xác định địa chỉ IP đích của packet (còn gọi là destination IP address), nếu như Router không nhận ra IP đích thì nó sẽ bỏ packet, nếu ngược lại thì Router sẽ chuyển packet tới địa chỉ đích hoặc chuyển packet tới Router kế tiếp (next Router), khi đó Router nó sẽ thay thế MAC nguồn, và MAC đích bằng MAC trên interface của nó và MAC trên next hop Router, khi packet chuyển qua mạng lớn (qua nhiều Router) thì địa chỉ IP nguồn (source address) và địa chỉ IP đích (destination address) không thay đổi nhưng địa chỉ vật lý (địa chỉ MAC) bị thay đổi tại mỗi hop. Thành phần thứ hai của routing là Path-Determination, Router cần có một số cách xác định con đường đi ngắn nhất để chuyển packet tới đích, Router cần có nhiều thông tin từ người quản trị (người quản trị phải làm công việc định tuyến) hay từ các Router khác để xây dựng bảng routing (Router tự học định tuyến thông qua các giao thức) mà thông tin này giúp cho nó định tuyến packet đi tới đích. Trong bảng routing địa chỉ mạng đích được ánh xạ tới interface (cổng) thích hợp trên Router, thông qua interface này packet có thể đi tới nó. Khi có sự thay đổi trên mạng các Router trao đổi với nhau bằng các exchanging message để cập nhật lại bảng routing. Các exchanging message bao gồm: - Routing update message. - Link-state advertiment (trạng thái của sender’s link). Theo định nghĩa của một số nghi thức routing như RIP, IGRP,… cứ sau một khoảng thời gian (interal time) nó sẽ gởi update message tới các Router khác để cập nhật về sự thay đổi thông tin trên mạng. Khi các Router này nhận được thông tin update, nó sẽ kiểm tra trong bảng routing table của nó với thông tin update nếu có sự thay đổi thì nó sẽ xóa entry tương ứng và cập nhật thông tin mới vào, ngược lại thì nó sẽ không cập nhật thông tin.
- Design. - Metrics. - Type. Design bao gồm: - Tính đơn giản (simplicity) là thành phần rất quan trọng trong hệ thống giúp giới hạn tài nguyên vật lý (physical resource). - Tính linh hoạt (plexibility) để cho phép mạng thích ứng nhanh với sự thay đổi và phát triển của hệ thống, ví dụ như sự thay đổi về băng thông kích thước hàng đợi, độ trễ,… - Sự hội tụ (convergence) tính hội tụ thông tin là mục đích quan trọng của thuật toán routing, tính hội tụ nhanh làm cho thông tin trong bảng routing được thống nhất một cách nhanh chóng. Ngược lại nó sẽ làm phá vỡ tính thống nhất thông tin định tuyến giữa các Router. - Tính tối ưu (optimality): là khả năng mà nghi thức định tuyến lựa chọn đường đi tốt nhất để truyền dữ liệu, để xác định con đường đi tốt nhất Router dựa vào metric và weighting (trọng lượng) của mỗi metric.
- Hop count và path length. - Reliability. - Load. - Delay. - Bandwidth. - Maximum Tranmission Unit (MTU).
Mỗi một đường truyền được gán bởi một giá trị, chỉ có người quản trị mạng mới thay đổi giá trị này, tổng giá trị của các đường truyền đó gọi là path length. Reliability là metric cho phép đánh giá mức độ lỗi của một đường truyền. Load khả năng tải hiện tại trên đường truyền (busy link) dựa vào số lượng packet được truyền trong thời gian 1 giây, mức độ xử lý hiện tại của cpu (CPU Utilization). Delay metric thực sự để đo lường một số tác động của một số đại lượng trên đường truyền như băng thông (bandwidth), tắc nghẽn đường truyền (conguestion), khoảng cách đường truyền (distance), khả năng mang thông tin trên đường truyền còn gọi là băng thông của đường truyền được tính băng số bit/giây mà đường truyền đó có thể truyền thông tin, số lượng traffic trên đường truyền quá nhiều sẽ làm giảm băng thông có sẵn cho đường truyền. MTU là chiều dài tối đa của thông điệp (tính bằng byte) mà nó có thể truyền trên đường truyền. MTU của mỗi môi truyền truyền vật lý thì khác nhau. Ví dụ MTU cho ethernet là 1500.
Các dịch vụ trên lớp transport cho phép phân mảnh và tập hợp dữ liệu vào cùng transport-layer data stream, Transport-layer data stream là một kết nối logic giữa bên gởi và bên nhận trên mạng. Lớp Transport cung cấp các đặc tính sau : - Reliability (tin cậy) bằng cách đánh số thứ tự của các segment (source secquence), bên nhận thông báo cho bên gởi biết rằng nó đã nhận được dữ liệu bằng cách thông báo các ACK (acknownledgements). - Flow Control: là kỹ thuật cho phép điều khiển buffer bên nhận, bên nhận sử dụng kỹ thuật này để ngăn không cho bên gởi gởi dữ liệu quá nhanh làm tràn buffer của bên nhận. - Hai protocol ở lớp transport layer là TCP và UDP,
TCP cung cấp kết nối tin cậy giữa hai máy tính, kết nối được thiết lập trước khi dữ liệu bắt đầu truyền. TCP còn gọi là nghi thức hướng kết nối, với nghi thức TCP thì quá trình hoạt động trải qua ba bước sau: - Thiết lập kết nối (connection establishment). - Truyền dữ liệu (data tranfer). - Kết thúc kết nối (connection termination). TCP phân chia các thông điệp thành các segment, sau đó nó ráp các segment này lại tại bên nhận, và nó có thể truyền lại những gói dữ liệu nào đã bị mất. Với TCP thì dữ liệu đến đích là đúng thứ tự, TCP cung cấp Virtual Circuit giữa các ứng dụng bên gởi và bên nhận. Giao thức TCP thiết lập một kết nối bằng phương pháp “Bắt tay 3 lần” (three-way handshake). 
Hình 3.7 – Cách thiết lập kết nối của giao thức TCP. Hình vẽ dưới đây là một ví dụ về cách thức truyền, nhận gói tin bằng giao thức TCP. 
Hình 3.8 – Minh họa cách truyền, nhận gói tin trong giao thức TCP. Giao thức TCP là giao thức có độ tin cậy cao, nhờ vào phương pháp truyền gói tin, như cơ chế điều khiển luồng (flow control), các gói tin ACK,… Hình vẽ sau đây thể hiện gói tin của TCP. 
Hình 3.9 – Cấu trúc gói tin của TCP. Các thành phần trong gói tin: - Source port: port nguồn - Destination Port: port đích - Sequence number: số tuần tự (để sắp xếp các gói tin theo đúng trật tự của nó). - Acknowledgment number (ACK số): số thứ tự của Packet mà bên nhận đang chờ đợi. - Header Length: chiều dài của gói tin. - Reserved: trả về 0 - Code bit: các cờ điều khiển. - Windows: kích thước tối đa mà bên nhận có thể nhận được - Checksum: máy nhận sẽ dùng 16 bit này để kiểm tra dữ liệu trong gói tin có đúng hay không. - Data: dữ liệu trong gói tin (nếu có).
UDP không giống như TCP, UDP là nghi thức phi kết nối, nghĩa là dữ liệu gởi tới đích là không tin cậy. Bởi vì kết nối không được tạo trước khi dữ liệu truyền, do đó UDP nhanh hơn TCP. UDP là nghi thức không tin cậy, nó không đảm bảo dữ liệu đến đích là không bị mất, đúng thứ tự mà nó nhờ các nghi thức ở lớp trên đảm nhận chức năng này. UDP có ưu thế hơn TCP: - Nhờ vào việc không phải thiết lập kết nối trước khi thật sự truyền dẫn dữ liệu nên truyền với tốc độ nhanh hơn. - Bên nhận không cần phải trả về gói tin xác nhận (ACK) nên giảm thiểu sự lãng phí băng thông.
Hình 3.10 – Cấu trúc gói tin của UDP. Các thành phần trong gói tin UDP: - Source Port: port nguồn. - Destination Port: port đích. - UDP Length: chiều dài của gói tin. - UDP Checksum: dùng để kiểm tra gói tin có bị sai lệch hay không - Data: dữ liệu đi kèm trong gói tin (nếu có).
Trong cùng một thời điểm, một máy tính có thể có nhiều chương trình đang chạy. Vậy làm sao để xác định một gói tin sẽ được chương trình nào sử dụng? Khái niệm Port ra đời để giải quyết chuyện đó. Mỗi chương trình ứng dụng mạng đều có một Port xác định. Để gởi gói tin đến một chương trình tại máy tính A, ta chỉ cần gởi gói tin đến địa chỉ IP của máy A, và Port mà chương trình đó đang sử dụng. TCP hoặc UDP dùng port hoặc socket, nó là con số mà thông qua đó thông tin được truyền lên các lớp cao hơn. Các con số port được dùng trong việc lưu vết các cuộc hội thoại khác nhau trên mạng xảy ra trong cùng một thời điểm. Port là một loại địa chỉ logic trên một máy tính, là con số 2 byte. Các port có giá trị nhỏ hơn 1024 được dùng làm các port chuẩn. Các ứng dụng dùng port riêng có giá trị lớn hơn 1024. Các giá trị port được chứa trong phần địa chỉ nguồn và đích của mỗi segment TCP. Một ứng dụng có thể sử dụng port riêng trong miền cho mình để giao dịch trên mạng nhưng chú ý là không được trùng với các port chuẩn. Ví dụ một số port chuẩn mà các phần mềm sử dụng - HTTP: Port number 80 - FTP: Port number 21 - DNS: Port number 53 - Telnet: Port number 23 - SMTP: Port number 25 - TFTP: Port number 69 - SNMP: Port number 161 - RIP: Port number 520
Là địa chỉ có cấu trúc, được chia làm hai hoặc ba phần là: network_id&host_id hoặc network_id&subnet_id&host_id. Là một con số có kích thước 32 bit. Khi trình bày, người ta chia con số 32 bit này thành bốn phần, mỗi phần có kích thước 8 bit, gọi là octet hoặc byte. Có các cách trình bày sau: - Ký pháp thập phân có dấu chấm (dotted-decimal notation). Ví dụ: 172.16.30.56. - Ký pháp nhị phân. Ví dụ: 10101100 00010000 00011110 00111000. - Ký pháp thập lục phân. Ví dụ: AC 10 1E 38. Không gian địa chỉ IP (gồm 232 địa chỉ) được chia thành nhiều lớp (class) để dễ quản lý. Đó là các lớp: A, B, C, D và E; trong đó các lớp A, B và C được triển khai để đặt cho các host trên mạng Internet; lớp D dùng cho các nhóm multicast; còn lớp E phục vụ cho mục đích nghiên cứu. Địa chỉ IP còn được gọi là địa chỉ logical, trong khi địa chỉ MAC còn gọi là địa chỉ vật lý (hay địa chỉ physical).
Network_id: là giá trị để xác định đường mạng. Trong số 32 bit dùng địa chỉ IP, sẽ có một số bit đầu tiên dùng để xác định network_id. Giá trị của các bit này được dùng để xác định đường mạng. Host_id: là giá trị để xác định host trong đường mạng. Trong số 32 bit dùng làm địa chỉ IP, sẽ có một số bit cuối cùng dùng để xác định host_id. Host_id chính là giá trị của các bit này. Địa chỉ host: là địa chỉ IP, có thể dùng để đặt cho các interface của các host. Hai host nằm thuộc cùng một mạng sẽ có network_id giống nhau và host_id khác nhau. Mạng (network): một nhóm nhiều host kết nối trực tiếp với nhau. Giữa hai host bất kỳ không bị phân cách bởi một thiết bị layer 3. Giữa mạng này với mạng khác phải kết nối với nhau bằng thiết bị layer 3. Địa chỉ mạng (network address): là địa chỉ IP dùng để đặt cho các mạng. Địa chỉ này không thể dùng để đặt cho một interface. Phần host_id của địa chỉ chỉ chứa các bit 0. Ví dụ 172.29.0.0 là một địa chỉ mạng. Mạng con (subnet network): là mạng có được khi một địa chỉ mạng (thuộc lớp A, B, C) được phân chia nhỏ hơn (để tận dụng số địa chỉ mạng được cấp phát). Địa chỉ mạng con được xác định dựa vào địa chỉ IP và mặt nạ mạng con (subnet mask) đi kèm (sẽ đề cập rõ hơn ở phần sau). Địa chỉ broadcast: là địa chỉ IP được dùng để đại diện cho tất cả các host trong mạng. Phần host_id chỉ chứa các bit 1. Địa chỉ này cũng không thể dùng để đặt cho một host được. Ví dụ 172.29.255.255 là một địa chỉ broadcast. Các phép toán làm việc trên bit:
Ví dụ sau minh hoạ phép AND giữa địa chỉ 172.29.14.10 và mask 255.255.0.0 172.29.14.10 = 10101100000111010000111000001010 AND 255.255.0.0 = 11111111111111110000000000000000 1 Mặt nạ mạng (network mask): là một con số dài 32 bit, là phương tiện giúp máy xác định được địa chỉ mạng của một địa chỉ IP (bằng cách AND giữa địa chỉ IP với mặt nạ mạng) để phục vụ cho công việc routing. Mặt nạ mạng cũng cho biết số bit nằm trong phần host_id. Được xây dựng theo cách: bật các bit tương ứng với phần network_id (chuyển thành bit 1) và tắt các bit tương ứng với phần host_id (chuyển thành bit 0). Mặt nạ mặc định của lớp A: sử dụng cho các địa chỉ lớp A khi không chia mạng con, mặt nạ có giá trị 255.0.0.0. Mặt nạ mặc định của lớp B: sử dụng cho các địa chỉ lớp B khi không chia mạng con, mặt nạ có giá trị 255.255.0.0. Mặt nạ mặc định của lớp C: sử dụng cho các địa chỉ lớp C khi không chia mạng con, mặt nạ có giá trị 255.255.255.0.
Dành một byte cho phần network_id và ba byte cho phần host_id.
1 7 8
Để nhận diện ra lớp A, bit đầu tiên của byte đầu tiên phải là bit 0. Dưới dạng nhị phân, byte này có dạng 0xxxxxxx. Vì vậy, những địa chỉ IP có byte đầu tiên nằm trong khoảng từ 0 (00000000) đến 127 (01111111) sẽ thuộc lớp A. Ví dụ địa chỉ 50.14.32.8 là một địa chỉ lớp A (50 < 127). Byte đầu tiên này cũng chính là network_id, trừ đi bit đầu tiên làm ID nhận dạng lớp A, còn lại bảy bit để đánh thứ tự các mạng, ta được 128 (27) mạng lớp A khác nhau. Bỏ đi hai trường hợp đặc biệt là 0 và 127. Kết quả là lớp A chỉ còn 126 (27-2) địa chỉ mạng, 1.0.0.0 đến 126.0.0.0. Phần host_id chiếm 24 bit, tức có thể đặt địa chỉ cho 16.777.216 (224) host khác nhau trong mỗi mạng. Bỏ đi một địa chỉ mạng (phần host_id chứa toàn các bit 0) và một địa chỉ broadcast (phần host_id chứa toàn các bit 1) như vậy có tất cả 16.777.214 (224-2) host khác nhau trong mỗi mạng lớp A. 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. 
Hình 4.1 – Mô tả các mạng lớp A kết nối với nhau
Dành hai byte cho mỗi phần network_id và host_id.
15
Dấu hiệu để nhận dạng địa chỉ lớp B là byte đầu tiên luôn bắt đầu bằng hai bit 10. Dưới dạng nhị phân, octet có dạng 10xxxxxx. Vì vậy những địa chỉ nằm trong khoảng từ 128 (10000000) đến 191 (10111111) sẽ thuộc về lớp B. Ví dụ 172.29.10.1 là một địa chỉ lớp B (128 < 172 < 191). Phần network_id chiếm 16 bit bỏ đi 2 bit làm ID cho lớp, còn lại 14 bit cho phép ta đánh thứ tự 16.384 (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 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. 
Hình 4.2 – Mô tả các mạng lớp B kết nối với nhau
Dành ba byte cho phần network_id và một byte cho phần host_id.
24
Byte đầu tiên luôn bắt đầu bằng ba bit 110 và dạng nhị phân của octet này là 110xxxxx. Như vậy những địa chỉ nằm trong khoảng từ 192 (11000000) đến 223 (11011111) sẽ thuộc về lớp C. Ví dụ một địa chỉ lớp C là 203.162.41.235 (192 < 203 < 223). Phần network_id dùng ba byte hay 24 bit, trừ đi 3 bit làm ID của lớp, còn lại 21 bit hay 2.097.152 (221) địa chỉ mạng (từ 192.0.0.0 đến 223.255.255.0). Phần host_id dài một byte cho 256 (28) giá trị khác nhau. Trừ đi hai trường hợp đặc biệt ta còn 254 host khác nhau trong một mạng lớp C. Ví dụ, đối với mạng 203.162.41.0, các địa chỉ host hợp lệ là từ 203.162.41.1 đến 203.162.41.254.
Các địa chỉ có byte đầu tiên nằm trong khoảng 224 đến 255 là các địa chỉ thuộc lớp D hoặc E.
* Ghi chú: XX là số bất kỳ trong miền cho phép.
Hình 4.3 – Minh họa một hệ thống mạng
|
72.29.0.0 = 10101100000111010000000000000000