MẠNG MÁY TÍNH Đề tài: Nghiên cứu IPv4 MỤC LỤC Trang DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU Giới thiệu Cấu trúc gói liệu IPv4 .5 Định vị IPv4 10 3.1 Chế độ định vị Unicast IPv4 10 3.2 Chế độ định vị Broadcast IPv4 .10 3.3 Chế độ định vị Multicast IPv4 10 Cấu trúc địa IP 11 4.1 Lớp A 13 4.2 Lớp B 13 4.3 Lớp C 14 4.4 Lớp D 14 4.5 Lớp E .14 4.6 Phân loại địa IP 16 4.7 Địa Broadcast 17 LỜI CẢM ƠN 19 DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình Cấu trúc gói tin IP Hình Chế độ Unicast 10 Hình Chế độ Broadcast 10 Hình Chế độ Multicast 11 Hình Cấu trúc địa IP 11 Hình Phân lớp địa IP 12 Hình Địa lớp A 13 Hình Địa lớp B 13 Hình Địa lớp C 14 MỞ ĐẦU Đứng trước phát triển mạnh mẽ công nghệ viễn thông công nghệ thơng tin đặc biết lĩnh vực mạng máy tính ngồi việc giải vấn đề lưu lượng cho mạng địa thiết bị mạng địa mạng máy tính ngồi việc giải vấn đề lưu lượng cho mạng địa thiết bị mạng địa máy tính, máy in, mail server, web server, dịch vụ Internet, phát triển mạng giáo dục, thiết bị di động thiết bị điều khiển từ xa qua Internet… vấn đề nóng hổi giới Hiện nay, sử dụng địa Internet hệ địa IPv4 Trong khuôn khổ báo cáo này, trình bày Tổng quan IPv4 Giới thiệu Giao thức liên mạng, thường gọi giao thức IP (Internet Protocol) giao thức mạng hoạt động tầng mơ hình OSI, qui định cách thức định địa máy tính cách thức chuyển tải gói tin qua liên mạng IP đặc tả bảng báo cáo kỹ thuật có tên RFC (Request For Comments) mã số 791 giao thức chủ yếu Bộ giao thức liên mạng Cùng với giao thức TCP, IP trở thành trái tim giao thức Internet IP có hai chức chính: cung cấp dịch vụ truyền tải dạng khơng nối kết để chuyển tải gói tin qua liên mạng; phân mảnh tập hợp lại gói tin để hỗ trợ cho tầng liên kết liệu với kích thước đơn vị truyền liệu khác Internet Protocol version – Giao thức Internet phiên (IPv4) phiên thứ phát triển IP Cấu trúc gói liệu IPv4 Giao thức Internet giao thức tầng-3 (OSI) nhận Đoạn (Segments) liệu từ Tầng-4 (Truyền tải) phân chia thành gói Gói IP gói gọn đơn vị liệu nhận từ tầng thêm vào thông tin Header riêng Dữ liệu gói liên quan tới IP Payload (trọng tải) IP Header chứa tất thông tin cần thiết tới việc phân phối gói liệu đầu nhận khác IP Header bao gồm nhiều thông tin thích hợp gồm Số phiên bản, mà, phạm vi Các thông tin chi tiết khác sau: Hình Cấu trúc gói tin IP Ý nghĩa trường sau: Ver: Gồm có bit Chứa giá trị phiên giao thức IP dùng để tạo datagram Nó đảm bảo cho máy gửi, máy nhận định tuyến thống với định dạng gói datagram Tất phần mềm IP yêu cầu kiểm tra vùng phiên trước xử lý datagram để đảm bảo phù hợp với định dạng mà phần mềm sử dụng Nếu chuẩn bị thay đổi, máy tính từ chối datagram có phiên khác để tránh hiểu sai nội dung datagram Với IPv4 giá trị thường xảy (0100) HL: ( Header Length ) gồm có bit Cung cấp thơng tin độ dài vùng tiêu đề datagram, tính theo từ 32 bít Ta nhận thấy, tất trường tiêu đề có độ dài cố định trừ hai trường hợp Options Padding tương ứng Phần tiêu đề thơng thường nhất, khơng có Options Padding, dài 20 octet giá trị trường độ dài TOS: ( Type of Service ) gồm có bit: Xác định cách datagram xử lý nhờ vùng Identification datagram Precedence D T R 0 Precedence(3 bit): Xác định độ ưu tiên datagram, cho phép nơi gửi xác định độ quan trọng datagram Nó cung cấp chế cho phép điều khiển thơng tin, nghĩa mạng có tượng tắc nghẽn hay tải xảy datagram có độ ưu tiên cao ưu tiên phục vụ 000 độ ưu tiên thấp nhất, 111 độ ưu tiên mức điều khiển mạng D – Delay( bit ): D=0 độ trễ thông thường D=1 độ trễ thấp T – Throughput( bit ): T= lưu lượng thông thường T=1 lưu lượng cao R – Reliability( bit ): R=0 độ tin cậy thông thường R=1 độ tin cậy cao Hai bit cuối dùng để dự trữ, chưa sử dụng Các phần mềm TCP/IP thường cung cấp tính TOS mà tính lại tạo hệ thống Các giao thức định tuyến OSPF (Open Shortest Path First ) IS – IS đưa định định tuyến dựa sở trường Total Length: ( gồm có 16 bit ): Cho biết độ dài IP datagram tính theo octet bao gồm phần tiêu đề phần liệu Kích thước trường liệu tính cách lấy Total Length trừ HL Trường có 16 bit nên cho phép độ dài datagram lên đến 65535octet Tuy nhiên, tầng liên kết phân mảnh chúng hầu hết host làm việc với datagram có độ dài tối đa 576 byte Identification: ( gồm có 16 bit ): Chứa số nguyên xác định datagram máy gửi gán cho datagram Giá trị hỗ trợ việc ghép nối fragment datagram Khi định tuyến phân đoạn datagram, chép hầu hết vùng tiêu đề datagram vào fragment có Identification Nhờ đó, máy đích biết fragment đến thuộc vào datagram Để thực gán giá trị trường Identification, kỹ thuật sử dụng phần mềm IP lưu giữ đếm nhớ, tăng lên có datagram tạo gán kết cho vùng Identification datagram Flags: ( gồm có bit ): Tạo cờ điều khiển khác DF MF Bit 0: dự trữ, gán giá trị Bit 1: DF →DF=0: phân mảnh →DF=1: không phân mảnh Bit 2: MF →MF=0: fragment cuối →MF=1: fragment DF bit khơng phân mảnh DF=1 khơng có nghĩa khơng nên phân mảnh datagram Bất định tuyến cần phân mảnh datagram mà khơng có bit phân mảnh độc lập, định tuyến hủy bỏ datagram gửi thông báo lỗi trở nơi xuất phát MF gọi bit fragment Để hiểu cần đến bit này, xét phần mềm IP đích cuối cố gắng kết hợp lại datagram Nó nhận fragment (có thể khơng theo thứ tự) cần biết nhận tất fragment datagram Khi fragment đến, trường Total Length tiêu đề để độ dài fragment độ dài datagram ban đầu nên máy đích khơng thể dùng trường Total Length để biết nhận đủ fragment hay chưa? Bit MF phải giải vấn đề này: máy đích nhận fragment với MF=0 biết fragment phải chuyển tải liệu thuộc phần cuối datagram ban đầu Từ trường Fragment Offset Total Length, tính độ dài datagram ban đầu Và cách kiểm tra trường tất fragment đến, máy nhận biết fragment nhận đủ để kết hợp lại thành datagram ban đầu hay chưa Fragment Offset: (gồm có 13 bit): Trường vị trí fragment datagram Nó tính theo đơn vị octet một(64 bit) Như vậy, độ dài fragment phải bội số octet trừ fragment cuối Fragment có trường TTL: Time to Live ( gồm có bit ) Trường xác định thời gian tối đa mà datagram tồn mạng tính theo đơn vị thời gian giây Tại router giảm đơn vị xử lý tiêu đề datagram thời gian mà datagram phải lưư lại router (đặc biệt router bị tải), tính thời gian router truyền mạng Khi giá trị datagram bị hủy Vì vậy, giá trị phải đảm bảo đủ lớn để datagram truyền từ nguồn tới đích Để thực điều trước truyền datagram từ nguồn tới đích có tin ICMP quay lại nguồn để thông báo tăng thêm thời gian cho datagram truyền sau Đây trường quan trọng đảm bảo IP datagram không bị quẩn mạng Công nghệ gán giá trị cho trường Time to Live số router lớn mà datagram phải truyền qua từ nguồn tới đích Mỗi datagram qua router giá trị trường giảm Và giá trị trường datagram bị hủy Protocol:(gồm có bit) Giá trị trường xác định giao thức cấp cao (TCP, UDP hay ICMP) sử dụng để tạo thông điệp để truyền tải phần Data IP datagram Về thực chất, giá trị trường đặc tả định dạng trường Data Header Cheksum( gồm có 16 bit ): Trường dùng để kiểm soát lỗi cho tiêu đề IP datagram Trong trình truyền, router tiến hành xử lý tiêu đề nên có số trường bị thay đổi (như Time to Live) kiểm tra tính tốn lại điểm Thuật tốn tính tốn sau: Đầu tiên, giá trị trường gán Sau đó, tiêu đề IP datagram chia thành 16 bit cộng với theo vị trí bit Kết gán cho Cheksum Đầu thu (kể router đích) tiến hành cộng tất từ 16 bit tiêu đề IP datagram ( trường cheksum ) nhận Nếu kết truyền tốt, khác kết truyền có sai lỗi Source Address: ( gồm có 32 bit): Xác định địa IP nguồn IP datagram Nó khơng thay đổi suốt trình datagram truyền Destination Address: ( gồm có 32 bit ) Xác định địa IP đích IP datagram Nó khơng thay đổi suốt q trình datagram truyền Options: ( có độ dài thay đổi ): Trường chứa danh sách thông tin lựa chọn cho datagram Nó có khơng có, chứa lựa chọn hay nhiều lựa chọn Các lựa chọn có gồm: Chọn lựa bảo an kiểm soát thẩm quyền Chọn lựa ghi định tuyến Chọn lựa ghi nhận thời gian Chọn lựa nguồn định tuyến Padding: (có độ dài thay đổi): Trường sử dụng để đảm bảo cho tiêu đề IP datagram bội 32 bit (bù cho trường Options có độ dài thay đổi) Nhờ đơn giản cho phần cứng xử lý tiêu đề IP datagram Data: (độ dài thay đổi): Mang liệu lớp trên, có độ dài tối đa 65535 byte Tiêu đề với trường có độ dài cố định tăng tốc độ xử lý cách cứng hóa q trình xử lý thay cho xử lý phần mềm Tuy nhiên, việc sử dụng phần cứng làm tăng chi phí thiết bị khơng mềm dẻo phần mềm có điều kiện bị thay đổi 10 Định vị IPv4 IPv4 hỗ trợ kiểu khác chế độ định vị (định vị): 3.1 Chế độ định vị Unicast IPv4 Trong chế độ này, liệu gửi tới đích đến Trường Địa Đích đến (destination address) chứa địa IP 32 bit host đích Ở đây, client gửi liệu tới server mục tiêu: Hình Chế độ Unicast 3.2 Chế độ định vị Broadcast IPv4 Trong chế độ này, gói liệu định vị tới tất host đoạn mạng Trường Destination Address chứa địa Broadcast đặc biệt, ví dụ: 255.255.255.255 Khi host thấy gói mạng, xử lý gói Tại đây, client gửi gói liệu, mà tiếp nhận tất host Hình Chế độ Broadcast 3.3 Chế độ định vị Multicast IPv4 11 Chế độ chế độ hỗn hợp chế độ trước, ví dụ: gói gửi tới host đơn tất host đoạn Trong gói này, Destination Address chứa địa đặc biệt mà bắt đầu với 224.x.x.x tiếp nhận nhiều host Hình Chế độ Multicast Ở đây, server gửi gói mà tiếp nhận nhiều server Mỗi mạng có địa IP dành riêng cho Network Number mà biểu diễn mạng địa IP dành riêng cho Địa Broadcast, mà biểu diễn tất host mạng Cấu trúc địa IP Mỗi máy tính mạng TCP/IP phải gán địa luận lý có chiều dài 32 bits, gọi địa IP Hình Cấu trúc địa IP 32 bits địa IP chia thành phần : Phần nhận dạng mạng (network id) phần nhận dạng máy tính (Host id) Phần nhận dạng mạng dùng để nhận dạng mạng phải gán Trung tâm thông tin mạng Internet (InterNIC - Internet Network Information Center) muốn nối kết vào mạng Internet Phần nhận dạng máy tính dùng để nhận dạng máy tính mạng 12 Để dễ dàng cho việc đọc hiểu người, 32 bits địa IP nhóm lại thành bytes phân cách dấu chấm (.) Giá trị bytes viết lại dạng thập phân, với giá trị hợp lệ nằm khoản từ đến 255  Việc đặt địa IP phải tuân theo quy tắc sau: – Các bit phần mạng không phép đồng thời Ví dụ: Địa 0.0.0.1 với phần mạng 0.0.0 phần host là không hợp lệ – Nếu bit phần host đồng thời 0, ta có địa mạng Ví dụ: Địa 192.168.1.1 địa gán cho host địa 192.168.1.0 địa mạng, gán cho host – Nếu bit phần host đồng thời 1, ta có địa broadcast Ví dụ: Địa 192.168.1.255 địa broadcast cho mạng 192.168.1.0 Hình Phân lớp địa IP Câu hỏi đặt bits dành cho phần nhận dạng mạng bits dành cho phần nhận dạng máy tính Người ta phân địa thành lớp : A, B, C, D E Trong đó, có lớp A, B C dùng cho mục đích thương mại Các bits có trọng số cao định lớp mạng địa Hình sau mơ tả cách phân chia lớp cho địa IP  Các lớp địa IPv4 13 Không gian địa IP chia thành lớp sau: 4.1 Lớp A Hình Địa lớp A  Địa lớp A sử dụng octet đầu làm phần mạng, ba octet sau làm phần host  Bit đầu địa lớp A giữ  Các địa mạng lớp A gồm: 1.0.0.0 -> 126.0.0.0  Mạng 127.0.0.0 sử dụng làm mạng loopback  Phần host có 24 bit => mạng lớp A có (224 – 2) host 4.2 Lớp B Hình Địa lớp B  Địa lớp B sử dụng hai octet đầu làm phần mạng, hai octet sau làm phần host  Hai bit đầu địa lớp B giữ  Các địa mạng lớp B gồm: 128.0.0.0 -> 191.255.0.0 Có tất 214 mạng lớp B 14  Phần host dài 16 bit mạng lớp B có (216 – 2) host 4.3 Lớp C Hình Địa lớp C  Địa lớp C sử dụng ba octet đầu làm phần mạng, octet sau làm phần host  Ba bit đầu địa lớp C giữ 1  Các địa mạng lớp C gồm: 192.0.0.0 -> 223.255.255.0 Có tất 221 mạng lớp C  Phần host dài bit mạng lớp C có (28 – 2) host 4.4 Lớp D  Gồm địa thuộc dải: 224.0.0.0 -> 239.255.255.255  Được sử dụng làm địa multicast Ví dụ: 224.0.0.5 dùng cho OSPF; 224.0.0.9 dùng cho RIPv2 4.5 Lớp E  Từ 240.0.0.0 trở  Được dùng cho mục đích dự phòng Lưu ý: Các lớp địa IP sử dụng đặt cho host lớp A, B, C Để thuận tiện cho việc xác định địa IP thuộc lớp nào, quan sát octet đầu địa chỉ, octet có giá trị nằm khoảng: 15  -> 126: địa lớp A  128 -> 191: địa lớp B  192 -> 223: địa lớp C  224 -> 239: địa lớp D  240 -> 255: địa lớp E Một số địa IP đặc biệt  Địa mạng (Network Address): địa IP mà giá trị tất bits phần nhận dạng máy tính 0, sử dụng để xác định mạng Ví dụ : 10.0.0.0; 172.18.0.0 ; 192.1.1.0  Địa quảng bá (Broadcast Address) : Là địa IP mà giá trị tất bits phần nhận dạng máy tính 1, sử dụng để tất máy tính mạng Ví dụ : 10.255.255.255, 172.18.255.255, 192.1.1.255  Mặt nạ mạng chuẩn (Netmask) : Là địa IP mà giá trị bits phần nhận dạng mạng 1, bits phần nhận dạng máy tính Như ta có mặt nạ mạng tương ứng cho lớp mạng A, B C :  Mặt nạ mạng lớp A : 255.0.0.0  Mặt nạ mạng lớp B : 255.255.0.0  Mặt nạ mạng lớp C : 255.255.255.0 Ta gọi chúng mặt nạ mạng mặc định (Default Netmask) Lưu ý : Địa mạng, địa quảng bá, mặt nạ mạng không dùng để đặt địa cho máy tính  Địa mạng 127.0.0.0 địa dành riêng để đặt phạm vi máy tính Nó có giá trị cục (trong phạm vi máy tính) Thơng thường cài đặt giao thức IP máy tính gián địa 127.0.0.1 Địa thông thường để kiểm tra xem giao thức IP máy có hoạt động khơng 16  Địa dành riêng cho mạng cục không nối kết trực tiếp Internet: Các mạng cục không nối kết trực tiếp vào mạng Internet sử dụng địa mạng sau để đánh địa cho máy tính mạng mình:  Lớp A : 10.0.0.0  Lớp B : 172.16.0.0 đến 172.32.0.0  Lớp C : 192.168.0.0 Ý nghĩa Netmask Với địa IP Netmask cho trước, ta dùng phép tốn AND BIT để tính địa mạng mà địa IP thuộc Công thức sau: Network Address = IP Address & Netmask Ví dụ : Cho địa IP = 198.53.147.45 Netmask = 255.255.255.0 Ta thực phép toán AND BIT (&) hai địa trên: IP Address Biểu diễn thập phân 198.53.147.45 Netmask 255.255.255.0 Network Address 198.53.147.0 Biểu diễn nhị phân 11000110 00110101 10010011 00101101 11111111 11111111 11111111 00000000 11000110 00110101 10010011 00000000 Để đơn giản, cần nhớ rằng: phần network địa chạy đến đâu, bit subnet-mask chạy tới đó; ứng với bit phần host địa chỉ, bit subnet-mask nhận giá trị Các subnet-mask chuẩn địa lớp A, B, C: Lớp A: 255.0.0.0 Lớp B: 255.255.0.0 Lớp C: 255.255.255.0 4.6 Phân loại địa IP Địa IP phân thành loại: private public 17  Private: sử dụng mạng nội (mạng LAN), không định tuyến mơi trường Internet Có thể sử dụng lặp lại mạng LAN khác  Public: địa sử dụng cho gói tin môi trườngInternet, định tuyến môi trường Internet Địa public phải cho host tham gia vào Internet Dải địa private (được quy định RFC 1918): Lớp A: 10.x.x.x Lớp B: 172.16.x.x -> 172.31.x.x Lớp C: 192.168.x.x 4.7 Địa Broadcast Gồm loại: – Direct broadcast: ví dụ 192.168.1.255 – Local broadcast: 255.255.255.255 Để phân biệt hai loại địa này, ta xét ví dụ sau: Xét host có địa IP 192.168.2.1 Khi host gửi broadcast đến 255.255.255.255, tất host thuộc mạng 192.168.2.0 nhận gói broadcastnày, gửi broadcast đến địa 192.168.1.255 tất host thuộc mạng 192.168.1.0 nhận gói broadcast (các host thuộc mạng 192.168.2.0 khơng nhận gói broadcast Hạn chế IPv4 - Giao thức tầng mạng giao thức TCP/IP IPv4 (Internet- working protocol verision 4) IPv4 cung cấp truyền thông host-to-host hệ thống Internet Mặc dù IPv4 đợc thiết kế tốt, thông đại thông tin tiến triển từ lúc khởi đầu IPv4 vào năm 1970, nh18 ng IPv4 có thiếu hụt khiến cho không ®ång bé cho sù ph¸t triĨn nhanh cđa Internet, gåm nh÷ng thø sau: + IPv4 cã level cÊu tróc địa (netid hostid) phân nhóm vào lớp (A, B, C, D E) Sự sử dụng ô địa không hiệu Ví dụ nh cos tổ chức đợc cấp cho địa lớp A, 16 triệu địa từ ô địa đợc phân phối cho tổ chức sử dụng Nếu tổ chức đợc cấp cho địa lớp C, mặt khác có 256 địa đợc phân phối cho tổ chức, số đủ Cũng vậy, nhiều triệu địa bị lãng phí nhóm D E Phơng thức phân địa dùng hết ô địa IPv4, mau chóng không địa để cấp cho hệ thống muốn kết nối vào Internet Mặc dù sách lợc subnet supernet giảm bớt vấn đề địa chỉ, nhng subnet suprnet làm cho đờng truyền trở lên khó khăn + Internet phải thích nghi đợc với chuyển giao audio video thời gian thực Loại chuyển giao yêu cầu sách lợc trì hoãn đặt trớc tài nguyên không đợc cung cấp thiết kế + Internet phải thích nghi đợc với mã hoá chứng nhận liệu cho số ứng dụng Không mã hoá chứng nhận đợc cung cấp IPv4 19 LI CM ƠN Bám theo nội dung tập lớn, nhóm thực theo nội dung phân công sau: Trong nội dung không tránh khỏi thiếu sót mong nhận góp ý Thầy Cuối cùng, nhóm xin trân trọng cảm ơn quan tâm, định hướng, hỗ trợ TS Nguyễn Trung Dũng! 20 ... Cấu trúc gói liệu IPv4 .5 Định vị IPv4 10 3.1 Chế độ định vị Unicast IPv4 10 3.2 Chế độ định vị Broadcast IPv4 .10 3.3 Chế độ định vị Multicast IPv4 10 Cấu trúc... broadcast Hạn chế IPv4 - Giao thức tầng mạng giao thức TCP/IP IPv4 (Internet- working protocol verision 4) IPv4 cung cấp truyền thông host-to-host hệ thống Internet Mặc dù IPv4 đợc thiết kế tốt,... khơng mềm dẻo phần mềm có điều kiện bị thay đổi 10 Định vị IPv4 IPv4 hỗ trợ kiểu khác chế độ định vị (định vị): 3.1 Chế độ định vị Unicast IPv4 Trong chế độ này, liệu gửi tới đích đến Trường Địa