Bài giảng Computer networking - Chương 4: Tầng Network

Chương 4

tầng Network

A note on the use of these ppt slides:

Computer

We’re making these slides freely available to all (faculty, students, readers).

They’re in PowerPoint form so you see the animations; and can add, modify,

and delete slides (including this one) and slide content to suit your needs.

They obviously represent a lot of work on our part. In return for use, we only

ask the following:

Networking:ATop

Down Approach

 If you use these slides (e.g., in a class) that you mention their source

6^thedition

(after all, we’d like people to use our book!)

Jim Kurose, Keith Ross

Addison-Wesley

March 2012

 If you post any slides on a www site, that you note that they are adapted

from (or perhaps identical to) our slides, and note our copyright of this

material.

Thanks and enjoy! JFK/KWR

4-1

Tầng Network

Chương 4: tầng network

Mục tiêu:

 Hiểu các nguyên lý nền tảng của các dịnh vụ

tầng network:

. Các mô hình dịch vụ tầng network

. forwarding so với routing

. Cách mà router hoạt động

. routing (chọn đường)

. broadcast, multicast

 Hiện thực trong Internet

4-2

Tầng Network

Chương 4: Nội dung

4.1 Giới thiệu

4.5 các thuật toán routing

. link state

4.2 virtual circuit

network (Mạng mạch

ảo) và datagram

network

. distance vector

. hierarchical routing

4.6 routing trong Internet

. RIP

4.3 Cấu trúc bên trong

. OSPF

. BGP

router

4.4 IP: Internet Protocol

. Định dạng datagram

. IPv4 addressing

. ICMP

4.7 broadcast và multicast

routing

. IPv6

4-3

Tầng Network

application

transport

network

data link

physical

 Vận chuyển Segment từ

host gửi đến host nhận

network

data link

physical

network

data link

physical

network

data link

physical

 Bên phía gửi sẽ đóng gói

(encapsulate) các segment

vào trong các datagram

network

data link

physical

network

data link

physical

network

data link

physical

network

data link

physical

 Bên phía nhận, chuyển các

network

segment lên tầng transport

data link

physical

application

transport

network

data link

physical

 Các giao thức tầng network

trong mọi host, mọi router

network

data link

physical

network

data link

physical

network

data link

physical

 router sẽ xem xét các

trường của header trong

tất cả các IP datagram đi

qua nó

4-4

Tầng Network

2 chức năng chính của tầng network

Tương tự:

 forwarding: di chuyển

các packet từ đầu vào

đến đầu ra thích hợp

của router

 routing: tiến trình lặp

kế hoạch cho chuyến

đi của packet từ

 routing: xác định

đường đi cho các gói

từ nguồn đến đích.

nguồn tới đích

 forwarding: tiến trình

vận chuyển qua 1 giao

điểm

. Các thuật toán định

tuyến

4-5

Tầng Network

Tác động qua lại giữa routing và forwarding

Thuật toán routing xác định đường

Thuật toán routing

đi của gói giữa 2 đầu cuối

thông qua network

local forwarding table

Bảng forwarding xác định việc

chuyển gói bên trong một router

header value output link

0100

0101

0111

1001

3

2

1

Giá trị

trong header

của packet đến

1

0111

2

3

4-6

Tầng Network

Thiết lập kết nối

 Chức năng qua trọng thứ 3 trong một số kiến

trúc mạng:

. ATM, frame relay, X.25

 Trước khi các datagram di chuyển, 2 host đầu

cuối và router trung gian (intervening routers)

thiết lặp kết nối ảo

. Các router cũng tham gia

 Dịch vụ kết nối tầng transport so với tầng

network :

. network: giữa 2 hosts (cũng có thể bao gồm các

router trung gian trong trường hợp kết nối ảo)

. transport: giữa 2 tiến trình

4-7

Tầng Network

Mô hình dịch vụ Network

Hỏi: mô hình dịch vụ nào cho “kênh” truyền

các datagram từ bên gửi đến bên nhận?

Ví dụ các dịch vụ cho

1 luồng các

Ví dụ các dịch vụ cho

các datagram riêng

biệt:

datagram:

 Giao nhận datagram

 Giao nhận bảo đảm

theo thứ tự

 Giao nhận bảo đảm với

 Băng thông được bảo

đảm tối thiểu cho luồng

độ trễ < 40ms

 Hạn chế các thay đổi

trong khoảng trống

giữa các packet

4-8

Tầng Network

Các mô hình dịch vụ tầng Network:

Bảo đảm?

Kiến trúc Mô hình

Network dịch vụ

Phản hồi

Băng thông

Định thì

không

có

tắt nghẽn

Thứ tự

Mất

không

Internet best effort

ATM CBR

no (inferred

via loss)

Không

tắt nghẽn

Không

tắt nghẽn

có

không

Tốc độ

không đổi

Tốc độ

bảo đảm

Tốc độ

bảo đảm

không

có

no

ATM VBR

có

ATM ABR

không

ATM UBR

không

4-9

Tầng Network

Chương 4: Nội dung

4.1 Giới thiệu

4.5 các thuật toán routing

. link state

4.2 virtual circuit

network (Mạng mạch

ảo) và datagram

network

. distance vector

. hierarchical routing

4.6 routing trong Internet

. RIP

4.3 Cấu trúc bên trong

. OSPF

. BGP

router

4.4 IP: Internet Protocol

. Định dạng datagram

. IPv4 addressing

. ICMP

4.7 broadcast và multicast

routing

. IPv6

4-10

Tầng Network

Dịch vụ connection (hướng kết nối) và

connection-less (phi kết nối)

 Mạng datagram cung cấp dịch vụ

connectionless tại tầng network

 Mạng mạch ảo (virtual-circuit network)

cung cấp dich vụ connection tại tầng

network

 Tương tự như các dịch vụ kết nối định

hướng và không định hướng của tầng

transport, nhưng:

. Dịch vụ: host-to-host

. Không lựa chọn: network chỉ cung cấp 1

dịch vụ

. Thực hiện: trong mạng lõi

4-11

Tầng Network

Các mạch ảo (Virtual circuits)

“đường đi từ nguồi tới đích tương tự như

mạng điện thoại (telephone circuit)”

. Hiệu quả

. Các hoạt động của mạng dọc theo đường đi từ

nguồn tới đích

 Thiết lặp cuộc gọi, chia nhỏ mỗi cuộc gọi trước khi

dữ liệu có thể truyền

 Mỗi packet mang định dạng của kết nối ảo (VC

identifier) (không phải là địa chỉ của host đích)

 Mỗi router trên đường đi từ nguồn tới đích duy

trì trạng thái cho mỗi kết nối mà gói đi qua.

 Đường link, các tài nguyên router (băng thông, bộ

nhớ đẹm) có thể được cấp phát cho kết nối ảo

4-12

Tầng Network

Sự thực hiện kết nối ảo (VC)

Một kết nối ảo bao gồm:

1. Đường đi (path) từ nguồn tới đích

2. Số hiệu kết nối ảo (VC numbers), một số cho

một kết nối dọc theo đường đi

3. Các mục trong các bảng forwarding ở trong các

router dọc theo đường đi

 packet thuộc về kết nối ảo mang số hiệu

(chứ không phải là điểm đến)

 Số hiệu của kết nối ảo có thể được thay

đổi trên mỗi kết nối.

. Số hiệu mới của kết nối ảo được cấp phát từ

bảng forwarding

4-13

Tầng Network

Bảng forwarding của kết nối ảo

22

32

12

3

1

2

VC number

interface

Bảng forwarding trong router

number

ở góc trái trên cùng:

số hiệu của

kết nối ảo ra

số hiệu của

Cổng vào

Cổng ra

kết nối ảo vào

1

2

3

1

12

63

7

97

…

3

1

2

3

22

18

17

87

…

Các router kết nối ảo duy trì thông tin trạng thái kết nối!

4-14

Tầng Network

Các mạch ảo: các giao thức gửi tín hiệu

 Được dùng để thiết lập, duy trì kết nối ảo

 Được dùng trong ATM, frame-relay, X.25

 Không được sử dụng trong Internet ngày

nay

application

6. Nhận dữ liệu

3. Chấp nhận cuộc gọi

2. Cuộc gọi đến

5. Bắt đầu dòng dữ liệu

4. Cuộc gọi được kết nối

1. Khởi tạo cuộc gọi

transport

network

data link

physical

transport

network

data link

physical

4-15

Tầng Network

Mạng Datagram

 Không thiết lập cuộc gọi tại tầng network

 Các router: không có trạng thái về các kết nối

giữa 2 điểm cuối

. Không có khái niệm về mức network của “kết nối”

 Các packet được chuyển dùng địa chỉ của host

đích

application

transport

application

transport

network

data link

physical

1. Gởi các datagram

network

data link

physical

2. Nhận datagram

4-16

Tầng Network

Bảng Datagram forwarding

4 tỉ địa chỉ IP, vì liệt

Thuật toán routing

kê ra 1 dãy các địa chỉ

hơn là liệt kê ra từng

địa chỉ (các mục tổng

hợp)

local forwarding table

dest address output link

address-range 1

address-range 2

address-range 3

address-range 4

3

2

1

Địa chỉ IP đích trong

header của packet đến

1

3

2

4-17

Tầng Network

Bảng Datagram forwarding

Link Interface

Dãy địa chỉ đích

11001000 00010111 00010000 00000000

0

1

đến

11001000 00010111 00010111 11111111

11001000 00010111 00011000 00000000

đến

11001000 00010111 00011000 11111111

11001000 00010111 00011001 00000000

đến

2

3

11001000 00010111 00011111 11111111

khác

Q: nhưng cái gì sẽ xảy ra nếu các dãy địa chỉ này

không được chia hợp lý?

4-18

Tầng Network

So trùng prefix dài nhất

Khi tìm kiếm 1 mục trong bảng forwarding

table cho địa chỉ đích, dùng prefix dài nhất

của địa chỉ cái mà trùng với địa chỉ đích.

Link interface

Dãy địa chỉ đích

0

11001000 00010111 00010*** *********

1

11001000 00010111 00011000 *********

2

11001000 00010111 00011*** *********

3

otherwise

4-19

Tầng Network

Mạng datagram hoặc mạch ảo:

tại sao?

Internet (datagram) ATM (mạch ảo)

 Được phát triển từ hệ

thống điện thoại

 Dữ liệu trao đổi giữa các

máy tính

 Đàm thoại của con

người:

. Dịch vụ “mềm dẻo, không

định thì chặt chẽ.

. Qui định chặt chẽ, yêu

cầu về độ tin cậy

 Nhiều kiểu link

. Các đặc tính khác nhau

. Khó đồng nhất dịch vụ

. Cần cho các dịch vụ có

yêu cầu bảo đảm cao

 Các hệ thống đầu cuối

“ít thông minh”

 Các hệ thống đầu cuối

“thông minh” (các máy

tính)

. Điện thoại

. Bên trong mạng phức

tạp

. Có thể thích ứng, điều

khiển và sửa lỗi

. Mạng bên trong đơn

giản, phức tạp tại “mạng

bên ngoài”

4-20

Tầng Network