Chương 4
Tầng mạng
Tầng mạng 4-1
Computer Networking:
A Top Down Approach
Featuring the Internet
,
3
rd
edition.
Jim Kurose, Keith Ross
Addison-Wesley, July
2004.
Ghi chú
Slides này dựa trên sildes của J.F Kurose and K.W. Ross .
Chương 4: Tầng mạng
Mục đích:
❒ Hiểu các nguyên lý đằng sau các dịch vụ tầng
mạng:
❍
Đ
ị
nh tuy
ế
n (ch
ọ
n đ
ườ
ng)
Tầng mạng 4-2
❍

Đ
ị
nh tuy
ế
n (ch
ọ
n đ
ườ
ng)
❍ Giải quyết tính khả mở rộng
❍ Router làm việc như thế nào
❍ Các chủ đề tiên tiến: IPv6, di động
❒ Thể hiện và cài đặt trong Internet
Chương 4: Tầng mạng
❒ 4. 1 Giới thiệu
❒ 4.2 Mạng mạch ảo và
mạng datagram
❒ 4.3 Cái gì bên trong
router
❒ 4.5 Giải thuật định
tuyến
❍ Link state
❍ Distance Vector
❍
Hierarchical routing
Tầng mạng 4-3
router
❒ 4.4 IP: Internet
Protocol
❍ Datagram format

❍ IPv4 addressing
❍ ICMP
❍ IPv6
❍
Hierarchical routing
❒ 4.6 Định tuyến trong
Internet
❍ RIP
❍ OSPF
❍ BGP
❒ 4.7 Phát tỏa và đa phát
Tầng mạng
❒ Chuyển đoạn từ nút gửi
đến nút nhận
❒ Bên gửi gói đoạn trong
datagrams
❒ Bên nhận bóc đoạn trong
datagram và chuy
ể
n cho
t
ng giao v
n
network
data link
physical
network
data link
physical
network

data link
network
data link
physical
network
data link
physical
application
transport
network
data link
physical
Tầng mạng 4-4
datagram và chuy
ể
n cho
t
ầ
ng giao v
ậ
n
❒ Các giao thức tầng mạng
có ở mọi host, router
❒ Router kiểm tra mọi
trường tiêu đề của mọi
IP datagrams đi qua nó
network
data link
physical
network

data link
physical
data link
physical
network
data link
physical
application
transport
network
data link
physical
Các chức năng chính của tầng
mạng
❒
Chuy
ể
n ti
ế
p:
chuyển
gói từ cổng vào sang
cổng ra thích hợp
❒
Đ
ị
nh tuy
ế
n:
xác đ

ị
nh
Tương tự:
❒ routing: lập hành trình
từ nguồn đến đích
Tầng mạng 4-5
❒
Đ
ị
nh tuy
ế
n:
xác đ
ị
nh
đường đi của gói từ
nguồn đến đích.
❍
Routing algorithms
❒ forwarding: đi qua mỗi
giao điểm (ngã hai, ba,
tư …) trên hành trình
Giải thuật định tuyến
Bảng định tuyến
header value
output link
0100
0101
0111
1001

3
2
2
1
Hoạt động luân phiên giữa định tuyến
và chuyển tiếp
Tầng mạng 4-6
1
2
3
0111
Giá trị trong tiêu đề
của gói đến
Thiết lập kết nối
❒ Chức năng quan trọng thứ 3 trong một vài
kiến trúc mạng:
❍ ATM, frame relay, X.25
❒
Tr
ướ
c khi chuy
ể
n datagrams, hai hosts và
các routers liên quan thi
t l
p k
t n
i
o
Tầng mạng 4-7

Tr
ướ
c khi chuy
ể
n datagrams, hai hosts và
các routers liên quan thi
ế
t l
ậ
p k
ế
t n
ố
i
ả
o
❍ Routers tham gia
❒ Kết nối:
❍ Tầng mạng: giữa hai hosts
❍ Tầng giao vận: giữa hai tiến trình
Mô hình dịch vụ mạng
H: Mô hình dịch vụ nào cho “kênh” vận chuyển
datagrams từ nút gửi đến nút nhận?
Ví dụ dịch vụ cho từng
datagram:
❒
Chuy
ể
n đ
ả

m b
ả
o
Ví dụ dịch vụ cho luồng
datagrams:
❒
Chuy
ể
n các datagrams
Tầng mạng 4-8
❒
Chuy
ể
n đ
ả
m b
ả
o
❒ Chuyển đảm bảo với trễ
tối đa 40 msec
❒
Chuy
ể
n các datagrams
đến đúng thứ tự
❒ Đảm bảo băng thông
tối thiểu cho luồng
❒ Ràng buộc về thay đổi
khoảng cách giữa các
gói

Các mô hình dịch vụ tầng mạng:
Network
Architecture
Internet
ATM
Service
Model
best effort
CBR
Bandwidth
none
constant
rate
Loss
no
yes
Order
no
yes
Timing
no
yes
Congestion
feedback
no (inferred
via loss)
no
congestion
Guarantees ?
Tầng mạng 4-9

ATM
ATM
ATM
VBR
ABR
UBR
rate
guaranteed
rate
guaranteed
minimum
none
yes
no
no
yes
yes
yes
yes
no
no
congestion
no
congestion
yes
no
Chương 4: Tầng mạng
❒ 4. 1 Giới thiệu
❒ 4.2 Mạng mạch ảo và
mạng datagram

❒ 4.3 Cái gì bên trong
router
❒ 4.5 Giải thuật định
tuyến
❍ Link state
❍ Distance Vector
❍
Hierarchical routing
Tầng mạng 4-10
router
❒ 4.4 IP: Internet
Protocol
❍ Datagram format
❍ IPv4 addressing
❍ ICMP
❍ IPv6
❍
Hierarchical routing
❒ 4.6 Định tuyến trong
Internet
❍ RIP
❍ OSPF
❍ BGP
❒ 4.7 Phát tỏa và đa phát
Kết nối tầng mạng và dịch vụ phi kết
nối
❒ Mạng datagram cung cấp dịch vụ tầng mạng
phi kết nối
❒ Mạng VC cung cấp dịch vụ kết nối tầng mạng
❒

T
ươ
ng t
ự
các d
ị
ch v
ụ
t
ầ
ng giao v
ậ
n, nh
ư
ng:
Tầng mạng 4-11
❒
T
ươ
ng t
ự
các d
ị
ch v
ụ
t
ầ
ng giao v
ậ
n, nh

ư
ng:
❍ Dịch vụ: host-to-host
❍ Không có lựa chọn: mạng chỉ cung cấp một dịch vụ
❍ Cài đặt: trong lõi mạng
Mạch ảo
“Đường đi từ nguồn đến đích ứng xử như mạch điện
thoại”
❍ performance-wise
❍ Các hoạt động của mạng dọc theo đường từ nguồn đến đích
Tầng mạng 4-12
❒ Thiết lập/ngắt cuộc gọi cho mỗi cuộc gọi trước khi dữ liệu có
thể chảy
❒ Mỗi gói mang định danh VC (không phải địa chỉ nút đích)
❒
M
ỗ
i
router trên đường từ nguồn đến đích duy trì “trạng thái”
của mỗi kết nối đi qua
❒ Tài nguyên của liên kết, router resources (băng thông, đệm)
được cấp phát cho VC
Cài đặt VC
Một VC bao gồm:
1. Đường đi từ nguồn đến đích
2. Các số VC, mỗi số cho một liên kết dọc đường
định tuyến
3.
B
ả

ng đ
ị
nh tuy
ế
n t
ạ
i m
ỗ
i routers d
ọ
c đ
ườ
ng đ
ị
nh
Tầng mạng 4-13
3.
B
ả
ng đ
ị
nh tuy
ế
n t
ạ
i m
ỗ
i routers d
ọ
c đ

ườ
ng đ
ị
nh
tuyến
❒ Gói thuộc VC mang một số VC.
❒ Số VC phải được thay đổi trên mỗi liên kết.
❍ Số VC mới được lấy từ bảng định tuyến
Bảng định tuyến
12
22
32
1
2
3
VC number
interface
number
Incoming interface Incoming VC # Outgoing interface Outgoing VC #
Bảng định tuyến ở
router góc tây bắc:
Tầng mạng 4-14
Incoming interface Incoming VC # Outgoing interface Outgoing VC #
1 12 2 22
2 63 1 18
3 7 2 17
1 97 3 87
… … … …
Routers duy trì thông tin trạng thái kết nối!
Mạch ảo: Các giao thức báo hiệu

❒ Được sử dụng để thiết lập, duy trì, ngắt VC
❒ Được sử dụng trong ATM, frame-relay,
X.25
❒ Không được sử dụng trong Internet
Tầng mạng 4-15
application
transport
network
data link
physical
application
transport
network
data link
physical
1. Khởi tạo cuộc gọi
2. Cuộc gọi đến
3. Chấp nhận cuộc gọi
4. Cuộc gọi được kết nối
5. Luồng dữ liệu bắt đầu
6. Nhận dữ liệu
Mạng datagram
❒ Không thiết lập cuộc gọi ở tầng mạng
❒ routers: không lưu trạng thái các kết nối
❍ Không có khái niệm kết nối tầng mạng
❒ Gói được chuyển tiếp sử dụng địa chỉ nút đích
❍ Các gói cung nguồn-đích có thể đi theo các đường khác
nhau
Tầng mạng 4-16
application

transport
network
data link
physical
application
transport
network
data link
physical
1. Gửi dữ liệu
2. Nhận dữ liệu
Bảng định tuyến
Dải địa chỉ đích Giao diện liên kết
11001000 00010111 00010000 00000000
through 0
11001000 00010111 00010111 11111111
4 billion
possible entries
Tầng mạng 4-17
11001000 00010111 00011000 00000000
through 1
11001000 00010111 00011000 11111111
11001000 00010111 00011001 00000000
through 2
11001000 00010111 00011111 11111111
otherwise 3
Đối sánh theo đoạn đầu dài nhất
Prefix Match Link Interface
11001000 00010111 00010 0
11001000 00010111 00011000 1

11001000 00010111 00011 2
otherwise 3
Tầng mạng 4-18
DA: 11001000 00010111 00011000 10101010
Ví dụ
DA: 11001000 00010111 00010110 10100001
Giao diện nào?
Giao diện nào?
Datagram <> VC : tại sao?
Internet
❒ Dữ liệu được trao đổi giữa các
máy tính
❍ Dịch vụ “elastic”, không
ràng buộc thời gian.
❒
H
ệ
th
ố
ng cu
ố
i “thông minh”
ATM
❒ Liên quan telephony
❒ Hội thoại của con người:
❍ Ràng buộc thời gian, tin
cậy
C
n cho các d
ch v

đ
m
Network Layer 4-19
❒
H
ệ
th
ố
ng cu
ố
i “thông minh”
❍ Có thể điều chỉnh, điều
khiển hoạt động, khôi phục
lỗi
❍ Đơn giản trong lõi, phức
tạp ngoài biên
❒ Nhiều loại liên kết
❍ Các đặc tính khác nhau
❍ Khó có dịch vụ đồng nhất
❍
C
ầ
n cho các d
ị
ch v
ụ
đ
ả
m
bảo

❒ Hệ thống cuối “dumb”
❍ telephones
❍ Phức tạp trong lõi
Chương 4: Tầng mạng
❒ 4. 1 Giới thiệu
❒ 4.2 Mạng mạch ảo và
mạng datagram
❒ 4.3 Cái gì bên trong
router
❒ 4.5 Giải thuật định
tuyến
❍ Link state
❍ Distance Vector
❍
Hierarchical routing
Tầng mạng 4-20
router
❒ 4.4 IP: Internet
Protocol
❍ Datagram format
❍ IPv4 addressing
❍ ICMP
❍ IPv6
❍
Hierarchical routing
❒ 4.6 Định tuyến trong
Internet
❍ RIP
❍ OSPF
❍ BGP

❒ 4.7 Phát tỏa và đa phát
Tổng quan kiến trúc router
Hai chức năng chính của router:
❒ Định tuyến (RIP, OSPF, BGP)
❒
Chuy
ể
n ti
ế
p
datagrams từ liên kết vào sang liên kết ra
Tầng mạng 4-21
Chức năng của cổng vào
Tầng vật lý:
bit
-
level reception
Tầng mạng 4-22
Chuyển mạch phi tập trung
:
❒ Cho đích của datagram, tìm cổng ra sử
dụng bảng định tuyến ở bộ nhớ cổng vào
❒ Mục đích: hoàn thành xử lý ở cổng vào với
tốc độ ‘line speed’
❒ Xếp hàng: nếu datagrams đến nhanh hơn
tốc độ chuyển tiếp của switch fabric
bit
-
level reception
Tầng liên kết:

vd., Ethernet
Ba dạng của switching fabrics
Tầng mạng 4-23
Chuyển mạch qua bộ nhớ
Router thế hệ 1:
❒ máy tính truyền thống với chuyển mạch dưới điều
khiển của CPU
❒ Các gói được copy vào bộ nhớ hệ thống
❒ tốc độ bị giới hạn (2 bus)
Tầng mạng 4-24
Input
Port
Output
Port
Memory
System Bus
Chuyển mạch qua tuyến
❒ datagram từ bộ nhớ cổng vào sang
bộ nhớ cổng ra qua tuyến được chia
s
ẻ
Tầng mạng 4-25
s
ẻ
❒ cạnh tranh tuyến: tốc độ chuyển
mạch bị giới hạn bởi băng thông
tuyến
❒ 1 Gbps bus, Cisco 1900: tốc độ đủ
cho truy cập và router dùng cho cơ
quan (không phải khu vực hoặc

backbone)