Đang tải... (xem toàn văn)
Tầng mạng (tiếng Anh: Network Layer) là tầng thứ ba trong bảy tầng của mô hình OSI. Tầng này chịu trách nhiệm đáp ứng các yêu cầu dịch vụ từ tầng giao vận và đưa ra những yêu cầu dịch vụ đối với tầng liên kết dữ liệu. Ở đây chúng ta sẽ tìm hiểu về những vấn đề sau của tầng mạng: Tổ chức bên trong tầng mạng: Đảm bảo truyền tin thông suốt giữa hai nút đầu cuối trong mạng. Trên cơ sở cấu hình của mạng, tầng mạng sẽ kiểm tra sơ đồ kết nối (topology) của toàn mạng để quyết định đường đi tối ưu truyền gói dữ liệu, tránh quá tải trên một đường truyền trong khi một số đường truyền rỗi. Thực hiện cắt, hợp dữ liệu khi qua mạng và liên kết mạng khi có nhiều mạng với nhau.Mạng con mạch ảo: Một đường nối kết giữa bên gửi và bên nhận phải được thiết lập trước khi các gói tin có thể được gửi đi.Mạng con gam dữ liệu: Các gói tin được đưa vào subnet một cách riêng rẽ và được vạch đường một cách độc lập nhau. Không cần thiết phải thiết lập nối kết trước khi truyền tin
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN -*** - MẠNG MÁY TÍNH ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU TẦNG MẠNG Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực Nhóm Hà Nội – 2015 MỤC LỤC 7.1 Tổ chức bên tầng mạng .4 7.1.1 Mạng mạch ảo .5 7.1.2 Mạng gam liệu 7.1.3 So sánh datagram subnet virtual ciruit subnet .7 7.2 Tổng quan giao thức định tuyến .8 7.2.1 Khái niệm định tuyến 7.2.2 Phân loại định tuyến 7.2.2.1 Định tuyến trong, định tuyến .8 7.2.2.2 Định tuyến liên kết trạng thái 7.2.2.3 Định tuyến theo vecto khoảng cách 10 7.2.3 Giải thuật chọn đường 10 7.2.3.1 Giới thiệu 10 7.2.3.2 Mục tiêu giải thuật chọn đuờng 11 7.2.3.3 Phân loại giải thuật chọn đuờng 11 7.2.3.4 Giải thuật chọn đuờng tối ưu Ford-Fulkerson 12 7.2.4 Điều khiển tắc nghẽn 12 7.2.4.1 Giới thiệu 12 7.2.4.2 Các giải thuật chống tắc nghẽn 13 7.2.4.3 Các nguyên tắc chung để điều khiển tắc nghẽn 14 7.2.4.4 Các biện pháp phòng ngừa tắc nghẽn 15 7.2.4.5 Ðiều khiển tắc nghẽn mạng dạng mạch ảo 15 7.3 Liên mạng 17 7.3.1 Mạch ảo ghép nối .18 7.3.2 Liên mạng không kết nối 19 7.3.3 Đường hầm Tunneling 20 7.3.4 Định tuyến liên mạng .22 7.3.5 Fragmentation 23 Tầng mạng_Nhóm Hình ảnh Hình Cài đặt mạch ảo Hình Mạch gam liệu Hình Mơ hình hóa mạng thành đồ thị .11 Hình Mơ tả tắc nghẽn 12 Hình (a)Một mạng bị tắc nghẽn .15 Hình 6Một liên mạng 16 Hình 7 Liên mạng dạng mạch ảo 17 Hình Liên mạng dạng datagram 18 Hình Đường hầm 19 Hình 10 Đường hầm ô tô từ Pháp tới Anh 20 Hình 11 (a) Một liên mạng (b) Đồ thị biểu điễn liên mạng 20 Hình 12 (a) Sự phân mảnh suốt (b) Sự phân mảnh không suốt .22 Hình 13 Hình dạng gói tin ban đầu 23 Hình 14 Gói bị chia thành hai mảnh bytes bytes 23 Hình 15 Gói tin bị phân làm mảnh 23 Tóm tắt nội dung Tầng mạng (tiếng Anh: Network Layer) tầng thứ ba bảy tầng mơ hình OSI Tầng chịu trách nhiệm đáp ứng yêu cầu dịch vụ từ tầng giao vận đưa yêu cầu dịch vụ tầng liên kết liệu Ở tìm hiểu vấn đề sau tầng mạng: 7.1 Tổ chức bên tầng mạng: Đảm bảo truyền tin thông suốt hai nút đầu cuối mạng Trên sở cấu hình mạng, tầng mạng kiểm tra sơ đồ kết nối (topology) toàn mạng để Tầng mạng_Nhóm định đường tối ưu truyền gói liệu, tránh tải đường truyền số đường truyền rỗi Thực cắt, hợp liệu qua mạng liên kết mạng có nhiều mạng với -Mạng mạch ảo: Một đường nối kết bên gửi bên nhận phải thiết lập trước gói tin gửi -Mạng gam liệu: Các gói tin đưa vào subnet cách riêng rẽ vạch đường cách độc lập Không cần thiết phải thiết lập nối kết trước truyền tin 7.2 Tổng quan giao thức định tuyến: Định tuyến trình chọn lựa đường mạng máy tính để gửi liệu qua Định tuyến hướng, đường tốt (best path) từ nguồn đến đích gói tin (packet) thông qua node trung gian router Phần tìm hiểu giải thuật chọn đường điều khiển tắc nghẽn -Giải thuật chọn đường: Quyết định chọn đường tối ưu dựa thông tin có mạng thời điểm thơng qua tiêu chuẩn tối ưu định Cập nhật thông tin mạng, thông tin dùng cho việc chọn đường, mạng ln có thay đổi thường xun nên việc cập nhật cần thiết Giải thuật chọn đường đuợc phân thành loại như: Chọn đuờng tập trung (Centralized routing), Chọn đuờng phân tán (Distributed routing), Chọn đuờng tinh (Static routing), Chọn đuờng động (Dynamic routing) -Điều khiển tắc nghẽn: Tắc nghẽn tượng quen thuộc mạng, có nhiều gói tin lưu chuyển đường xảy tình trạng tắc nghẽn, tầng mạng phải giải vấn đề 7.3 Liên mạng: Liên mạng hai hay nhiều mạng máy tính nối với thiết bị định tuyến (router) cho phép liệu gửi qua lại chúng Các thiết bị định tuyến có nhiệm vụ hướng dẫn giao thơng liệu theo đường (trong số số đường có thể) qua liên mạng để tới đích -Mạch ảo ghép nối: Để đẩy gói tin đến đích mạch ảo vạch định tuyến đường gói tin Một dãy mạch ảo thiết lập từ host nguồn, qua nhiều gateway đến đích -Liên mạng khơng kết nối: Nối mạng dạng datagram Trong mô hình gói tin đẩy vào mạng hy vọng tới đích Các gói tin theo nhiều đường khác bất chấp có đến đích hay khơng nhiên băng thơng tăng đáng kể -Đường hầm: gói tin chuyển nhanh thông qua đường ( đường hầm) trực tiếp kết nối từ nguồn đến đích Tầng mạng_Nhóm -Định tuyến liên mạng: Tìm đường tốt đạt tối ưu định cho gói tin Bao gồm có vạch đường nội mạch vạch đường liên mạng -Phân mảnh: giải pháp giúp chuyển gói tin kích thước lớn qua mạng có kích thước tối đa q nhỏ 7.1 Tổ chức bên tầng mạng Tầng mạng xây dựng dựa kiểu nối điểm- điểm đo tầng LKDL cung cấp, bảo đảm cho trao đổi thông tin mạng mạng lớn, mức gọi mức thông tin mạng với Nhiệm vụ: Gán địa cho tin chuyển đổi địa logic hay tên thành địa vật lí Thực chọn đường truyền tin, cung cấp dịch vụ định tuyến (chọn đường) cho gói liệu mạng Tầng liệu từ nguồn tới đích theo tuyến sở điều kiện mạng, độ ưu tiên dịch vụ nhân tố khác Kiểm sốt luồng liệu, khắc phục sai sót, cắt/ hợp liệu, giúp loại trừ tắc nghẽn điều khiển luồng thông tin Tổng quan tầng mạng: Đảm bảo truyền tin thông suốt hai nút đầu cuối mạng Trên sở cấu hình mạng, tầng mạng kiểm tra sơ đồ kết nối (topology) toàn mạng để định đường tối ưu truyền gói liệu, tránh tải đường truyền số đường truyền rỗi Thực cắt / hợp liệu qua mạng liên kết mạng có nhiều mạng với 7.1.1 Mạng mạch ảo Một đường nối kết bên gửi bên nhận phải thiết lập trước gói tin gửi Nối kết gọi mạch ảo (virtual circuit) tương tự mạch vật lí nối kết hệ thống điện thoại subnet trường hợp gọi virtual circuit subnet Các đặc điểm là: Dễ dàng cho máy chủ sử dụng để sử dụng liệu có trình tự xác Thiết lập mạch ngắt kết nối yêu cầu lần Người dùng phức tạp muốn làm lỗi riêng lưu đề án kiểm soát Cài đặt mạch ảo: Tầng mạng_Nhóm Hình 7.1 Cài đặt mạch ảo 7.1.2 Mạng gam liệu Các gói tin đưa vào subnet cách riêng rẽ vạch đường cách độc lập Không cần thiết phải thiết lập nối kết trước truyền tin Các gói tin gọi thư tín (datagram) subnet gọi datagram subnet Các gói tin định tuyến riêng biệt có thường khơng có bảo đảm giao hàng người gửi người nhận Các đặc tính dịch vụ datagram: Datagram định tuyến riêng biệt bên subnet Không đảm bảo giao hàng liên quan đến gói gói liệu bị , out- of- tự , ô nhiễm , nhân đôi vv Giao dịch (gửi tin nhắn ngắn), không kết nối định hướng (Không cần phải thiết lập gọi trước gửi liệu ) Tầng mạng_Nhóm Hình 7.2 Mạch gam liệu 7.1.3 So sánh datagram subnet virtual ciruit subnet Vấn đề Thiết lập nối kết Đánh địa Thông tin trạng thái Chọn đường Ảnh hưởng router bị hỏng Chất lượng dịch vụ Datagram subnet Không cần Mỗi gói tin chứa đầy đủ gửi nhận Router không cần phải lưu giữ thông tin trạng thái nối kết Mỗi gói tin có đường khác Khơng bị ảnh hưởng, ngoại trừ gói tin đường truyền bị hỏng Khó đảm bảo Circuit subnet Cần thiết Mỗi gói tin chứa số nhận dạng nối kết có kích thước nhỏ Mỗi nối kết phải lưu lại bảng chọn đường router Đường chọn mạch ảo thiết lập, sau tất gói tin đường Tất mạng ảo qua router bị hỏng kết thúc Có thể thực dễ dàng có đủ tài nguyên gán trước cho kết nối Tầng mạng_Nhóm Điều khiển tắc ngẽn Khó điều khiển Có thể thực dễ dàng có đủ tài nguyên gán trước cho nối kết 7.2 Tổng quan giao thức định tuyến 7.2.1 Khái niệm định tuyến Sự phát triển Internet đồng nghĩa với việc tăng trưởng quy mô công nghệ nhiều loại mạng LAN, WAN… Và đặc biệt lưu lượng thông tin mạng tăng đáng kể Chính điều làm cho vấn đề chia sẻ thông tin mạng vấn đề định tuyến trở nên quan trọng hết Trong việc thiết kế mạng lựa chọn giao thức định tuyến cho phù hợp với chi phí, tài nguyên tổ chức đặc biệt quan trọng Định tuyến trình chọn lựa đường mạng máy tính để gửi liệu qua đó.Định tuyến hướng, đường tốt (best path) từ nguồn đến đích gói tin (packet) thơng qua node trung gian router 7.2.2 Phân loại định tuyến Kỹ thuật routing nói chia thành hai nhánh chính: định tuyến tĩnh (static route) định tuyến động (dynamic route) Static route kỹ thuật mà người quản trị phải tự tay khai báo route router Kỹ thuật đơn giản, dễ thực hiện, hao tốn tài nguyên mạng CPU xử lý router (do trao đổi thông tin định tuyến khơng phải tính tốn định tuyến) Tuy nhiên kỹ thuật không hội tụ với thay đổi diễn mạng khơng thích hợp với mạng có quy mơ lớn (khi số lượng route q lớn, khai báo tay được) Với dynamic route, router trao đổi thông tin định tuyến với Từ thông tin nhận được, router thực tính tốn định tuyến từ xây dựng bảng định tuyến gồm đường tối ưu đến điểm hệ thống mạng Với Dynamic route, router phải chạy giao thức định tuyến (routing protocol) 7.2.2.1 Định tuyến trong, định tuyến Dynamic route lại tiếp tục chia thành hai trường phái: giao thức định tuyến – Exterior Gateway Protocol (EGP) giao thức định tuyến - Interior Gateway Protocol (IGP) Các giao thức định tuyến (EGP) với giao thức tiêu biểu BGP (Border Gateway Protocol) loại giao thức dùng để chạy router thuộc AS khác nhau, phục vụ cho việc trao đổi thông tin định tuyến AS AS – Autonomous System – tạm dịch Hệ tự trị tập hợp router thuộc quản lý kỹ thuật sở hữu doanh nghiệp đó, chịu chung sách định tuyến CácAS thường ISP Như định tuyến thường dùng cho mạng Internet toàn cầu, trao đổi số lượng thông tin định tuyến lớn ISP với hình thức định Tầng mạng_Nhóm tuyến mang nặng hình thức sách (policy) Loại giao thức không đề cập tới chương trình thi quốc tế CCNA chương trình học CCNA Bắt đầu từ khóa học Route chương trình CCNP, bạn học viên học loại giao thức Các giao thức định tuyến (IGP) gồm giao thức tiêu biểu RIP, OSPF, EIGRP Trong đó, RIP OSPF giao thức chuẩn quốc tế, cong EIGRP giao thức Cisco, chạy thiết bị Cisco IGP loại giao thức định tuyến chạy router nằm bên AS Cả ba giao thức IGP kể giới thiệu chương trình CCNA Với IGP, chúng lại tiếp tục chia thành nhiều nhánh khác nhau: Nếu chia ba, giao thức IGP có tổng cộng 03 loại: Distance – vector, Link – state Hybrid Distance – vector: router gửi cho láng giềng toàn bảng định tuyến theo định kỳ Giao thức tiêu biểu hình thức giao thức RIP Đặc thù loại hình định tuyến có khả bị loop nên cần quy tắc chống loop phong phú Các quy tắc chống loop làm chậm tốc độ hội tụ giao thức Link – state: với loại giao thức này, môi router gửi bảng sở liệu trạng thái đường link (LSDB – Link State Database) cho router vùng (area) Việc tính tốn định tuyến thực giải thuật Dijkstra Hybrid: tiêu biểu giao thức EIGRP Cisco Loại giao thức kết hợp đặc điểm hai loại Tuy nhiên, thực chất EIGRP giao thức loại Distance – vector cải tiến thêm để tăng tốc độ hội tụ quy mô hoạt động nên gọi Advanced distance vector Nếu chia hai, ta chia giao thức IGP thành hai loại: Các giao thức classful: router không gửi kèm theo subnet – mask tin định tuyến Từ giao thức classful khơng hỗ trợ sơ đồ VLSM mạng gián đoạn (discontiguos network) Giao thức tiêu biểu RIPv1 (trước có thêm IGRP giao thức gỡ bỏ IOS Cisco) Các giao thức classless: ngược với classful, router có gửi kèm theo subnet – mask tin định tuyến Từ giao thức classless có hỗ trợ sơ đồ VLSM mạng gián đoạn (discontiguos network) Các giao thức classless: RIPv2, OSPF, EIGRP 7.2.2.2 Định tuyến liên kết trạng thái Khi áp dụng thuật toán trạng thái kết nối, node sử dụng liệu sở đồ mạng với dạng đồ thị Để làm điều này, node phát tới tổng thể mạng thông tin node khác mà kết nối được, node góp thơng tin cách độc lập vào đồ Sử dụng đồ này, router sau định tuyến đường tốt từ đến node khác Thuật tốn làm theo cách Dijkstra, cách xây dựng cấu trúc liệu khác, dạng cây, node gốc, chứa noded khác mạng Bắt đầu với ban đầu chứa Sau từ tập node chưa thêm vào cây, thêm node có chi phí thấp để đến node có Tiếp tục trình đến node thêm Cây sau phục vụ để xây dựng bảng định tuyến, đưa bước truyền tốt ưu, để từ node đến node khác mạng Tầng mạng_Nhóm 7.2.2.3 Định tuyến theo vecto khoảng cách Thuật toán vector khoảng cách so sánh xác đường nhằm tìm đường tốt tới địa đích cho Thuật tốn cung cấp thơng tin cụ thể cấu trúc đường mạng hồn tồn khơng nhận biết router đường Các router theo vector khoảng cách thực gửi toàn phần bảng định tuyến gửi cho router kết nối trực tiếp với Vì thơng tin bảng định tuyến ngắn gọn, cho biết tương ứng với mạng đích cổng router, router có địa IP bao nhiêu, thông số định tuyến đường Do đó, router định tuyến theo vector khoảng cách đường cách cụ thể, router trung gian đường cấu trúc kết nối chúng Các router định tuyến theo vector khoảng cách thực cập nhật thông tin định tuyến theo định kỳ nên tốn nhiều băng thơng đường truyền Khi có cố thay đổi xảy ra, router nhận biết thay đổi cập nhật bảng định tuyến trước chuyển bảng định tuyến cập nhật cho router láng giềng Router láng giềng nhận thông tin mới, cập nhật vào bảng định tuyến cập nhật cho router láng giềng Quá trình cập nhật tồn hệ thống Do thời gian hội tụ chậm Giao thức thông tin định tuyến (RIP) giao thức lâu đời giao thức định tuyến RIP giao thức khơng rõ ràng, có nhiều giao thức định tuyến giống RIP phát triển, vài số sử dụng tên RIP vơ số giao thức giống RIP dựa thuật toán sử dụng vectơ khoảng cách để so sánh xác đường nhằm tìm đường tốt tới địa đích cho Các thuật tốn xuất từ nghiên cứu khoa học trước năm 1957 7.2.3 Giải thuật chọn đường 7.2.3.1 Giới thiệu Vạch đuờng chất toán lý thuyết đồ thị Các nút đồ thị (đuợc đánh dấu từ A đến F) host, switch, router mạng Ở tập trung vào truờng hợp nút router Các cạnh tương ứng với đuờng nối kết mạng Mỗi cạnh có chi phí dính kèm, thơng số giá phải trả lưu thông nối kết mạng Vấn đề việc vạch đuờng tìm đuờng có chi phí thấp hai nút mạng bất kỳ, chi phí đuờng đuợc tính tổng chi phí qua tất cạnh làm thành đuờng Nếu khơng có đường hai nút, độ dài đường chúng đuợc xem vô 7.2.3.2 Mục tiêu giải thuật chọn đuờng Xác định huớng nhanh chóng, xác Khả thích nghi đuợc với thay đổi hình trạng mạng Khả thích nghi đuợc với thay đổi tải đường truyền Tầng mạng_Nhóm Khả tránh đuợc nối kết bị tắt nghẽn tạm thời Chi phí tính tốn để tìm đuợc đường phải thấp 7.2.3.3 Phân loại giải thuật chọn đuờng Giải thuật chọn đường đuợc phân thành loại sau: Chọn đuờng tập trung (Centralized routing): Trong mạng có Trung tâm điều khiển mạng (Network Control Center) chịu trách nhiệm tính tốn cập nhật thơng tin đường đến tất điểm khác toàn mạng cho tất router Chọn đuờng phân tán (Distributed routing): Trong hệ thống này, router phải tự tính tốn tìm kiếm thơng tin đường đến điểm khác mạng Ðể làm đuợc điều này, router cần phải trao đổi thông tin qua lại với Chọn đuờng tinh (Static routing): Trong giải thuật này, router tự cập nhật thơng tin đường hình trạng mạng thay đổi Thông thuờng nhà quản mạng nguời cập nhật thông tin đường cho router Chọn đuờng động (Dynamic routing): Trong giải thuật này, router tự động cập nhật lại thông tin đường hình trạng mạng bị thay đổi Ðường tối ưu từ A đến B đường “ngắn” số đường Tuy nhiên khái niệm “ngắn” hiểu theo nhiều ý nghia khác tùy thuộc vào đơn vị dùng để đo chiều dài đường Ðối với router, dại luợng sau sử dụng để đo độ dài đường đi: Số luợng router trung gian phải qua (HOP) Ðộ trì quản trung bình gói tín Cuớc phí truyền tin Mỗi giải thuật chọn đường truớc tiên phải chọn cho đơn vị đo chiều dài đường đi.Ðể xác định đường tối ưu, giải thuật chọn đường sử dụng phuong pháp đồ thị để tính tốn Truớc tiên, mơ hình hóa hình trạng mạng thành đồ thị có dặc điểm sau: Nút router Cạnh nối liền nút đường truyền nối hai router Trên cạnh có giá chiều dài đường router thông qua đường truyền nối hai router Chiều dài đường từ nút A đến nút B tổng tất giá cạnh nằm đường Nếu khơng có đường router xem giá vô Trên đồ thị thực việc tính tốn tìm đường ngắn 10 Tầng mạng_Nhóm Hình Mơ hình hóa mạng thành đồ thị 7.2.3.4 Giải thuật chọn đuờng tối ưu Ford-Fulkerson Mục đích giải thuật để tìm đường ngắn từ tất nút đến nút đích cho truớc mạng Giải thuật mơ tả sau: Gọi o d nút đích cho truớc o D i chiều dài đường ngan từ nút i đến nút d o C i nút nút i Buớc 1: Khởi tạo: o Gán D= 0; o Với id: gán D i=∞; C = -1; Buớc 2: Cập nhật giá đường ngắn từ nút i đến nút d o D i= min{ lij+ Dj } với i i => C o Lặp lại khơng D i bị thay đổi giá trị 7.2.4 Điều khiển tắc nghẽn 7.2.4.1 Giới thiệu Như cầu dịch vụ mạng ngày đa dạng, phong phú đòi hỏi nhiều mức độ chất lượng dịch vụ khác Xu hướng phát triển tiến tới hội tụ mạng hội tụ dịch vụ Tài nguyên mạng có giới hạn cầu truyền thơng tin ngày tăng, mà tượng tắc nghẽn mạng khó tránh khỏi Nguyên nhân phân loại tiêu chí đánh giá phương pháp điều khiển tắc nghẽn Ngồi ra, thuật tốn tăng giảm tuyến tính đề cập chương 11 Tầng mạng_Nhóm Tắc nghẽn tượng quen thuộc mạng, mà nguyên nhân nói chung đo tài nguyên mạng giới hạn cầu truyền thơng tin người khơng có giới hạn Thông thường, nút mạng thiết kế với đệm lưu trữ có hạn Nếu tình trạng nghẽn mạng kéo đủ dài, đệm bị tràn, gói bị trễ thời gian cho phép Nếu gói bị mạng thời điểm tài nguyên mạng mà gói sử dụng bị theo 7.2.4.2 Các giải thuật chống tắc nghẽn Khi có nhiều gói tin diện mạng (hoặc phần nó), hiệu hoạt động hệ thống bị giảm Tình trạng gọi “tắc nghẽn” Hình 7.4 Mơ tả tắc nghẽn Hình 7.5: Mơ tả lại tuợng tắc nghẽn Khi số luợng gói tin chạy mạng nằm duới nguỡng cho phép, chúng phân phối đến đích (ngoại trừ gói tin bị lỗi), số luợng gói tin phân phối tỉ lệ thuận với số luợng gói tin phát lúc đầu Tuy nhiên, mật độ giao thông tăng cao, router khơng dáp ứng kịp chúng đánh số gói tin Ðiều có xu huớng làm cho vấn đề tắc nghẽn nghiêm trọng thêm Khi mà giao thông cực cao, hiệu hệ thống sụp đổ hoàn toàn khơng gói tin phân phát đến đích Có vài yếu tố góp phần gây tắc nghẽn Nếu nhiều luồng mang gói tin đến nút nhiều ngõ vào, tất gói tin cần ngõ ra, hàng đợi xuất Nếu không dủ nhớ để lưu gói tin hàng đợi này, số gói tin bị Tăng thêm nhớ giúp khơng gói tin hàng đợi, Nagle (1987) rằng: router có nhớ vô hạn, tắc nghẽn lại tồi tệ hơn! Lý đo mà gói tin đến đầu hàng đợi bị mãn kỳ (timed out), đo có nhiều phiên trùng với gói tin bên gởi gởi đến router, làm tăng thêm tải huớng đến đích gói tin Các xử lý chậm cung gây tắc nghẽn Nếu CPU router xử lý gói tin trung chuyển qua chậm, hàng đợi cung phát sinh, cho dù dung luợng đường nối vào vuợt yêu cầu 12 Tầng mạng_Nhóm Tóm lại, đường truyền bang thơng thấp gây tắc nghẽn Nâng cấp đường truyền lực xử lý xử lý router yếu cung gây tắc nghẽn Thành thử, nâng cấp phần mà khơng phải tồn hệ thống dẩy tắc nghẽn từ nơi đến nơi khác mà Vấn đề phát sinh từ bất cân dối phận hệ thống, qua mà phận giữ cân với 7.2.4.3 Các nguyên tắc chung để điều khiển tắc nghẽn Nhiều tốn hệ thống phức tạp, ví dụ mạng máy tính, xem xét theo quan điểm lý thuyết điều khiển (control theory) Cách tiếp cận dẫn đến việc chia giải pháp thành hai loại: vòng đóng vòng mở (closed loop and open loop) Các giải pháp dạng vòng đóng cố gắng giải vấn đề tắc nghẽn cách đưa thiết kế tốt cho mạng, thực chất để dảm bảo tắt nghẽn không xảy Một mạng khởi động chạy, khơng có việc sửa chữa kỳ Các công cụ thực việc điều khiển kiểu vòng mở bao gồm việc định nên chấp nhận luồng giao thông mới, định bỏ qua gói tin bỏ qua gói Tất cơng cụ có dặc điểm chung chúng đưa định mà không quan tâm đến trạng thái hành mạng Nguợc lại, giải pháp kiểu vòng đóng dựa quan niệm chu trình phản hồi thông tin Cách tiếp cận bao gồm phần: Giám sát hệ thống để phát nơi xảy tắc nghẽn Chuyển thông tin đến nơi cần có hành động ứng phó Ðiều chỉnh lại hoạt động hệ thống để khắc phục cố Nhiều kiểu đo luờng sử dụng để giám sát mạng để phát tắc nghẽn Các kiểu đo luờng thuờng dùng tỉ lệ gói tin bị bỏ qua đo thiếu không gian trữ dệm, chiều dài trung bình hàng đợi, số luợng gói tin bị mãn kỳ tái truyền, thời gian trì hỗn gói tin trung bình Trong tình huống, số đo tăng đồng nghia với việc tăng tắc nghẽn Buớc thứ hai chu trình phản hồi chuyển thông tin tắc nghẽn từ điểm phát bị tắc nghẽn đến điểm có trách nhiệm xử lý tình Cách dễ router phát tắc nghẽn phát thông báo đến nút nguồn vừa gởi thông tin đến làm tắc hệ thống Di nhiên, thông báo làm cho tắc nghẽn tăng thêm tạm thời Một cách thông báo tắc nghẽn khác là: Nguời ta dành riêng bit truờng gói tin để truờng hợp có tắc nghẽn, router bật bit truờng lên gởi đến ngõ nhằm thơng báo cho láng giềng biết Hoặc cung dùng cách phản hồi sau: Cho host router thuờng xuyên gởi gói tin thăm dò ngồi để hỏi thẳng tình hình tắc nghẽn Thơng tin sử dụng để chuyến huớng vạch đường vòng qua khu vực bị tắc nghẽn Ví dụ thực tế: Một số dài phát thuờng phái số máy bay trực thang bay vòng quanh thành phố để báo cáo lại trục đường bị tắc, từ thơng báo đến thính giả giúp họ chuyển huớng lái xe tránh điểm nóng Sự điện tắc nghẽn đồng nghia với việc: tài nguyên hệ thống không dủ để tải gánh nặng thơng tin truyền qua Vì ta nghi hai giải pháp: tăng tài nguyên giảm tải 13 Tầng mạng_Nhóm Ví dụ,một mạng bắt đầu sử dụng đường điện thoại quay số để tạm thời tăng bang thơng số điểm Trong hệ thống vệ tinh, việc tăng công suất truyền đồng nghia với việc cung cấp bang thông lớn Chia tách lưu luợng thông tin cho chúng chạy nhiều đường khác cung giúp tăng bang thơng Cuối cùng, router dự phòng (thuờng để dự phòng tình router bị cố) mang chạy trực tuyến để tăng dung luợng truyền tải hệ thống tắc nghẽn nghiêm trọng xảy Tuy nhiên, dôi ta tăng tài nguyên hệ thống lên nữa, tài nguyên tăng tối da Cách thức để chống lại tắc nghẽn giảm tải Có nhiều cách giảm tải, ví dụ: từ chối phục vụ số nguời dùng, giảm cấp dịch vụ dối với vài tất nguời dùng, buộc nguời dùng cung cấp lịch trình phát yêu cầu họ 7.2.4.4 Các biện pháp phòng ngừa tắc nghẽn Tại tầng mạng, việc chọn sử dụng mạch ảo hay datagram tác động đến tắc nghẽn đo nhiều giảithuật điều khiển tắc nghẽn chạy mạch ảo Giải pháp “lập hàng đợi cho gói tin phục vụ chúng” liên quan đến việc router có hàng đợi cho ngõ vào, hàng đợi cho ngõ hay hai Nó chung liên quan đến trình tự xử lý gói tin hàng đợi (round-robin hay dựa ưu tiên) Chính sách hủy bỏ gói tin gói tin cần bị hủy bỏ khơng khơng gian chứa Một sách tốt giúp làm giảm tắc nghẽn, nguợc lại làm tắc nghẽn trầm trọng thêm Một giải thuật vạch đuờng tốt giúp tránh tắc nghẽn cách trải giao thông tất đường nối, giải thuật tồi đơn giản gởi nhiều thông tin lên đường tải tải Cuối cùng, việc quản lý thời gian sống gói tin phải đưa định gói tin sống hàng đợi truớc bị hủy bỏ Thời gian sống q dài làm trì trệ cơng việc lâu Nhưng thời gian sống ngắn, gói tin bị mãn kỳ (timed-out) truớc chúng đến đích, dẫn đến việc tái truyền 7.2.4.5 Ðiều khiển tắc nghẽn mạng dạng mạch ảo Một giải pháp đơn giản điều khiển cấp phép (admission control) Ý tuởng sau: có cảnh báo tắc nghẽn, hệ thống không thiết lập thêm mạch ảo đến cố qua Vì thế, lúc tắc nghẽn xảy ra, cố gắng thiết lập mạch ảo thất bại Lý đo: cho phép nhiều nguời vào dấy làm cho vấn đề trở nên trầm trọng Cách tiếp cận khác cho phép tạo mạch ảo cẩn trọng vạch đường cho mạch ảo vòng qua khu vực bị vấn đề tắc nghẽn Ví dụ, xem xét mạng hình Hình 7.6 hai router bị tắc nghẽn 14 Tầng mạng_Nhóm Hình 7.5 (a)Một mạng bị tắc nghẽn (b) Mạng vẽ lại sau loại trừ điểm gây tắc nghẽn Giả sử host nối với router A muốn thiết lập nối kết tới host router B Thuờng nối kết chạy qua hai nút bị tắc nghẽn Ðể tránh chuyện này, vẽ lại mạng hình (b), bỏ qua router bị tắc nghẽn với đường nối chúng Ðuờng chấm đường tránh tắc nghẽn Một chiến luợc khác liên quan đến mạch ảo là: host mạng thỏa thuận với việc thiết lập mạch ảo Thỏa thuận thuờng bao gồm dung luợng đường thông tin, chất luợng dịch vụ yêu cầu thông số khác Ðể dảm bảo thực thỏa thuận, mạng dành riêng tài nguyên suốt đường mạch ảo qua Các tài nguyên bao gồm không gian bảng vạch đường buffer router, với bang thông đường nối Trong tình này, tắc nghẽn không xảy mạch ảo tất tài nguyên cần thiết dảm bảo sẵn dùng Kiểu dành riêng tài nguyên thực toàn thời gian phuong thức hoạt động chuẩn, thực tắc nghẽn xảy Nếu thực toàn thời gian có hạn chế lãng phí tài nguyên Nếu đường truyền Mbps tận hiến cho mạch ảo, mạch ảo tiêu tốn Mbps, đường truyền ln đánh dấu dầy, cho dù có mạch ảo truyền hết cơng suất thời điểm Ðiều khiển tắc nghẽn mạng dạng Datagram Trong mạng dạng Datagram, router dễ dàng kiểm soát hiệu đường tài nguyên khác 7.3 Liên mạng Đến thời điểm này, ngầm định làm việc mạng đơn đồng với máy tính chạy giao thức tầng Không may ngầm hiểu lạc quan Đã tồn nhiều loại mạng khác bao gồm LAN, WAN, MAN Nhiều giao thức khác sử dụng rộng rãi nhiều tầng mạng khác Trong phần này, có nhìn cẩn trọng vấn đề phát sinh hai nhiều mạng nối kết với thành liên mạng (internet) Các mạng máy tính đa dạng đa dạng, có nhiều lý lý giải cho nhận định Trước tiên, sở để cài đặt mạng khác Gần tất máy PC cài đặt TCP/IP 15 Tầng mạng_Nhóm Nhiều cơng ty lớn sử dụng máy mainframe IBM sử dụng mạng SNA Một số lượng lớn công ty điện thoại điều hành mạng ATM Một số mạng LAN dùng cho máy tính PC sử dụng Novell IPX AppleTalk Cuối cùng, mạng không dây lĩnh vực phát triển rộng với nhiều giao thức hoạt động Chiều hướng sử dụng mạng phức tạp tiếp điễn nhiều năm với nhiều lý đo tính kế thừa, kỹ thuật mới, thực tế nhà sản xuất thích thú với việc giúp cho khách hàng họ dễ dàng chuyển đổi sang hệ thống nhà sản xuất khác Thứ hai, máy tính thiết bị mạng ngày rẻ, cấp có thẩm quyền định mua sắm mạng máy tính ngày xuống thấp cấu công ty, tổ chức Nhiều cơng ty đưa sách: dự trù mua sắm triệu USD đo cấp quản lý cao định, mua sắm 100.000 USD đo cấp trung định, 100.000 USD cấp trưởng phận có tồn quyền định Vì thế, ví dụ, phận kỹ thuật cài đặt máy trạm Unix chạy TCP/IP, phận tiếp thị có quyền cài máy Mac với giao thức AppleTalk Thứ ba, mạng khác khau sử dụng công nghệ hồn tồn khác Vì khơng ngạc nhiên thấy sản phẩm phần cứng xuất phần mềm kèm Hình Một liên mạng Để lấy ví dụ cách thức mạng khác nối kết với nào, xem xét hình hình 7.7 Ở đây, ta có mạng tổ hợp với nhiều địa bàn khác nhau, kết dính với mạng WAN/ATM Tại địa bàn, back-bone FDDI dùng để nối kết mạng Ethernet, mạng không dây 802.11 trung tâm liệu dùng mạng SNA Mục tiêu nối kết liên mạng cho phép người dùng mạng liên lạc với người dùng mạng khác Để làm việc này, ta phải đảm bảo gởi cho gói tin từ mạng đến mạng khác Do mạng khác nhiều lĩnh vực, không dễ để truyền gói tin từ nơi đến nơi 16 Tầng mạng_Nhóm 7.3.1 Mạch ảo ghép nối Nối kết mạng dạng mạch ảo Có hai kiểu liên mạng: dạng mạch ảo datagram Trong khứ, hầu hết mạng công cộng hướng nối kết (các mạng Frame Relay, SNA, ATM vậy) Rồi với chấp nhận rộng rãi công chúng mạng Internet, mạng dạng datagram lên Tuy nhiên khơng xác nói mạng datagram mãi Với phát triển quan trọng mạng đa phương tiện, liên lạc hướng nối kết trở lại dạng hay dạng khác, đo dễ đảm bảo chất lượng dịch vụ Vì nên dành chút thời gian để nói mạng dạng mạch ảo Trong liên mạng dạng mạch ảo hình 7.7, nối kết tới host mạng xa thực giống truyền thống Mạng thấy đích đến xa phác thảo mạch ảo đến router gần mạng đích Rồi tạo mạch ảo từ router đến gateway (thực chất router đa giao thức) Gateway ghi lại thông tin mạch ảo bảng vạch đường tiếp tục xây dựng mạch ảo khác từ đến mạng Quá trình tiếp điễn mạch ảo đến host đích Hình 7 Liên mạng dạng mạch ảo Mỗi có gói tin trung chuyển qua, gateway lưu gói tin lại, chuyển đổi khn dạng gói tin số hiệu mạch ảo cần thiết, chuyển qua gateway đường mà mạch ảo Đặc điểm quan trọng cách làm là: đãy mạch ảo thiết lập từ host nguồn, qua nhiều gateway đến đích Mỗi gateway trì bảng lưu lại mạch ảo qua nó, chúng vạch đường đâu số mạch ảo 7.3.2 Liên mạng không kết nối Nối kết mạng dạng datagram 17 Tầng mạng_Nhóm Mơ hình liên mạng dạng datagram hình Hình Liên mạng dạng datagram Trong mơ hình này, dịch vụ mà tầng mạng cung cấp cho tầng vận chuyển khả đẩy gói tin vào mạng hy vọng đến đích Mơ hình khơng đòi hỏi gói tin phải đến đích đường Trong hình trên, gói tin từ host đến host theo nhiều đường khác Quyết định vạch đường đưa riêng lẻ cho gói tin, tùy thuộc vào lưu lượng thơng tin thời điểm gói tin gởi Chiến lược cho phép lựa chọn nhiều đường cho gói tin giúp đạt nhiều băng thông dạng mạch ảo Mặt trái là: khơng có đảm bảo gói tin đến đích Mơ hình Hình7.8 thật khơng đơn giản ta thấy Thứ nhất, mạng có tầng mạng riêng gói tin từ mạng khơng thể trung chuyển qua mạng khác Người ta nghĩ có router đa giao thức làm nhiệm vụ chuyển đổi khn dạng gói tin từ dạng sang dạng Nhưng trừ dạng thức hai gói tin có mối liên hệ gần với có trường thơng tin, khơng việc chuyển đổi khuôn dạng thường kết thúc thất bại Với lý đo này, giải pháp chuyển đổi khn dạng thường chọn Thứ hai, nghiêm trọng hơn, vấn đề chế định địa Thử tưởng tượng trường hợp đơn giản: host Internet cố gởi gói tin IP đến host mạng SNA láng giềng Địa IP SNA khác Người ta cần chế ánh xạ địa IP SNA theo hai chiều Thêm nữa, quan niệm địa hai mạng hoàn toàn khác Trong IP, host (thực card mạng) có địa Trong SNA, thực thể khác host (ví dụ thiết bị phần cứng) có địa Trong trường hợp tốt nhất, người ta trì sở liệu để ánh xạ thứ sang thứ ngược lại, sở liệu mở rộng được, lại thường nguồn rắc rối Một giải pháp khác xây dựng gói tin internet có hiệu lực tồn cầu, tất router hiểu Gói tin IP sản phẩm ý tưởng Tuy việc kêu gọi người chấp nhận khn dạng khó đo nhiều cơng ty có thăm vọng xây dựng khn dạng độc quyền mình, gói tin IP tự phát triển rộng rãi coi chuẩn toàn cầu 18 Tầng mạng_Nhóm 7.3.3 Đường hầm Tunneling Xử lý trường hợp chung trình kết nối hai mạng khác khó khăn.Tuy nhiên, có cách đặc biệt phổ biến mà quản lý Khi nguồn host điểm đến loại mạng, có mạng khác Hình 7.9 Đường hầm Giải pháp cho vấn đề kĩ thuật gọi đường hầm, Để gửi gói IP đến host 2, host lưu trữ xây dựng gói chứa địa IP host 2, chèn vào khung Ethernet gửi đến router đa giao thức Paris đặt Ethernet.Khi router đa giao thức vào khung, loại bỏ gói IP.Chèn lĩnh vực trọng tải gói tầng mạng WAN, địa sau đến địa WAN router đa giao thức Lonđơn Khi , router Lonđơn loaijbor gói IP gửi đến host khung Ethernet WAN xem đường hầm lớn từ router đa giao thức đến đến chỗ khác , Gói IP từ đầu đường hầm đến đầu khác, gói gọn hộp tốt Nó khơng phải lo lắng việc đối phó với mạng WAN tất Chỉ router đa giao thức hiểu gói IP WAN Trên thực tế toàn khoảng cách từ router đa giao thức đến router đa giao thức khác đường nối tiếp Một ví dụ Hình 7.11 làm cho kĩ thuật đường hầm rõ ràng Hãy xem xét người lái xe từ Paris tới Lonđơn Tại Pháp xe chuyển sức , đến kênh English cho vào đồn tàu siêu tốc vận chuyển đến nước Anh xuyên qua kênh(những ô tô không tự qua kênh) Thật hiểu quả, xe vận chuyển hàng hóa Kết thúc , xe cho Anh tiếp túc theo ý Kĩ thuật đường hầm gói tin thơng qua mạng lưới giống 19 Tầng mạng_Nhóm Hình 7.10 Đường hầm tơ từ Pháp tới Anh 7.3.4 Định tuyến liên mạng Vạch đường liên mạng tương tự mạng đơn, thêm vào chút phức tạp Xét liên mạng cho hình 7.12 Hình 7.11 (a) Một liên mạng (b) Đồ thị biểu điễn liên mạng Có mạng nối kết với sáu router Tạo mơ hình đồ thị tình phức tạp đo router truy cập trực tiếp (gởi gói tin) đến router khác Ví dụ, B hình Hình 7.12(a) nối kết trực tiếp tới A qua mạng 2, C qua mạng 2, D qua mạng Điều dẫn đến đồ thị hình Hình 7.12(b) Một đồ thị dựng lên, giải thuật vạch đường biết, Distance-Vector Link-State, áp dụng router đa giao thức Như dẫn đến giải thuật vạch đường hai mức: nội mạng – vạch đường nội hạt (interior gateway protocol) mạng với – vạch đường liên mạng (exterior gateway protocol) Thực tế, đo mạng độc lập với nhau, chúng sử dụng giải thuật khác Mỗi mạng gọi hệ thống tự trị (Autonomous System – AS) Trong nội mạng – vạch đường nội hạt (interior gateway protocol) : Một gói tin liên mạng khởi đầu địa LAN cục nó, phát tới router đa giao thức nội bộ, đó, mã lệnh lớp mạng định chuyển gói tin qua router Nếu router đối thoại giao thức mạng nội bộ, gói tin chuyển trực tiếp Ngược lại, gói tin 20 Tầng mạng_Nhóm đóng khung giao thức router trước chuyển tiếp Tiến trình tiếp điễn gói tin đến đích Còn vạch đường liên mạng: Một điểm khác vạch đường liên mạng vạch đường nội hạt vạch đường liên mạng đòi hỏi việc qua nhiều lãnh địa quốc tế Nhiều luật khác đặt Chẳng hạn luật Canada nói rằng: liệu từ Canada gởi đến nơi Canada khơng q cảnh bên ngồi Nghĩa lưu thông từ Windsor, Ontario đến Vancouver không cảnh sang Detroit Mỹ, đường ngang qua Detroit đường ngắn rẻ Trong mạng, giải thuật tính cước phí áp dụng Tuy nhiên, nhiều mạng khác có chế quản lý cước phí khác 7.3.5 Fragmentation Mỗi mạng qui định kích cỡ tối đa datagram chạy Sự giới hạn xuất phát từ nhiều lý đo: Phần cứng: ví dụ kích cỡ giới hạn khung Ethernet Hệ điều hành: ví dụ tất buffer có kích thước 512 bytes Giao thức: số lượng bits trường chiều dài gói tin Tương thích với chuẩn quốc gia hay quốc tế Mong muốn giảm thiểu tác động việc truyền lại đo lỗi gây Mong muốn ngăn chặn gói tin chiếm đường truyền lâu Và kết nhân viên thiết kế mạng khơng tự đo chọn kích thước gói tin tối đa ý thích họ Kích thước liệu tối đa gói tin thay đổi từ 45 bytes (ATM cell) đến 65515 (gói tin IP) Vấn đề xuất rõ ràng mơt gói tin lớn muốn ngang mạng có kích thước gói tin tối đa nhỏ Một giải pháp làm cho vấn đề khơng xảy Nói cách khác, liên mạng nên sử dụng giải thuật vạch đường tránh việc gởi gói tin qua mạng khơng có khả tiếp nhận Tuy nhiên giải pháp thực không giải vấn đề Nếu mạng đích khơng đủ khả tiếp nhận gói tin sao? Giải pháp cho phép gateway chia nhỏ gói tin thành nhiều mảnh (fragment), gởi mảnh gói tin độc lập Tuy nhiên việc tái hợp mảnh lại việc khó 21 Tầng mạng_Nhóm Hình 7.12 (a) Sự phân mảnh suốt (b) Sự phân mảnh khơng suốt Có hai chiến lược tái hợp mảnh lại thành gói tin gốc: suốt không suốt Trong chiến lược phân mảnh suốt, gói tin lớn qua mạng mạng định phải phân mảnh gói tin, gateway mạng làm nhiệm vụ phân mảnh gói tin lớn Khi mảnh hết qua mạng con, phải có gateway khác đứng tập hợp lại chúng, tái tạo lại gói tin ban đầu chuyển tiếp đến mạng Ví dụ hình Hình 7.13, ngõ vào Mạng 1, gói tin lớn phân mảnh gateway G1, sau mảnh qua hết Mạng 1, gateway G2 tập hợp chúng lại tái tạo thành gói tin ban đầu Chiến lược phân mảnh suốt trực quan, nhiên có nhiều vấn đề phải bàn Thứ nhất, gateway đầu phải biết thu lượm lại hết phân mảnh Thứ hai, để phân mảnh phải gateway Thứ ba, chi phí bỏ để phân mảnh tái hợp gói tin lớn qua hàng loạt mạng Với chiến lược phân mảnh không suốt, mạng trung gian phân mảnh gói tin lớn, khơng có nhiệm vụ tái hợp lại Việc tái hợp thực đích đến gói tin Chiến lượt phân mảnh khơng suốt đòi hỏi host mạng có khả tái hợp thơng tin Ngồi làm phát sinh chi phí cho header mảnh Tuy nhiên lợi đạt là: đo chiến lược có quyền chọn lựa nhiều gateway đầu mạng con, hiệu suất vạch đường truyền gói tin tăng lên nhiều lần Từ đây, phát sinh cầu cách thức đánh số mảnh cho trình tái hợp dễ dàng Một cách đánh số thông dụng cách đánh số internet Ví dụ gói tin có 10 bytes, số thứ tự gói tin 27 biểu điễn sau: 22 Tầng mạng_Nhóm Hình 7.13 Hình dạng gói tin ban đầu Offset mảnh mảnh hay gói tin Bit kết thúc khung nghĩa hết gói tin, nghĩa mảnh nằm sau Bây gói tin qua mạng có giới hạn kích thước gói tin tối đa bytes, bị phân làm hai mảnh: Hình 7.14 Gói bị chia thành hai mảnh bytes bytes Mảnh có offset gói tin 0, bit kết thúc (còn mảnh thứ hai) Mảnh thứ hai có offset gói tin (nó bắt đầu vị trí thứ 8), mảnh cuối Nếu hai mảnh lại ngang qua gateway có giới hạn gói tin bytes, chúng bị phân mảnh sau: Hình 7.15 Gói tin bị phân làm mảnh 23 Tầng mạng_Nhóm 24 Tầng mạng_Nhóm ... vấn đề sau tầng mạng: 7.1 Tổ chức bên tầng mạng: Đảm bảo truyền tin thông suốt hai nút đầu cuối mạng Trên sở cấu hình mạng, tầng mạng kiểm tra sơ đồ kết nối (topology) tồn mạng để Tầng mạng_ Nhóm... nội dung Tầng mạng (tiếng Anh: Network Layer) tầng thứ ba bảy tầng mơ hình OSI Tầng chịu trách nhiệm đáp ứng yêu cầu dịch vụ từ tầng giao vận đưa yêu cầu dịch vụ tầng liên kết liệu Ở tìm hiểu vấn... nghẽn: Tắc nghẽn tượng quen thuộc mạng, có nhiều gói tin lưu chuyển đường xảy tình trạng tắc nghẽn, tầng mạng phải giải vấn đề 7.3 Liên mạng: Liên mạng hai hay nhiều mạng máy tính nối với thiết