Giao thức tầng mạng (network layer)

Chương 4.
Giao thức tầng mạng (network layer)


Ch4. The Network Layer
4.1 - Giới thiệu và chức năng của tầng mạng.
4.2 - Network service model (VC and Datagram).
4.3 - Bộ định tuyến (router).
4.4 - Giao thức IP (Internet Protocol).
4.5 - Giải thuật chọn đường (Routing Algorithms).
4.6 - Chọn đường trong mạng Internet.

1-6/2005

Chương 4. Giao thức tầng mạng

2


Chức năng của tầng mạng
applicatio
n
transport
network
data link
physical

network
data link
physical

network
data link
physical
network
data link
physical

network
data link
physical

Chương 4. Giao thức tầng mạng

network
data link
physical

network
data link
physical
network
data link
physical

1-6/2005

network
data link
physical

applicatio
n
transport
network
data link
physical

3


Routing & switching in routers
routing algorithm

local forwarding table
header
output link
value0100 3
0101
0111
1001

2
2
1

value in arriving
packet’s header
0111

1

3 2

1-6/2005

Chương 4. Giao thức tầng mạng

4


Ch4. The Network Layer
4.1 - Giới thiệu và chức năng của tầng mạng.
4.2 - Network service model (VC and Datagram).
4.3 - Bộ định tuyến (router).
4.4 - Giao thức IP (Internet Protocol).
4.5 - Giải thuật chọn đường (Routing Algorithms).
4.6 - Chọn đường trong mạng Internet.

1-6/2005

Chương 4. Giao thức tầng mạng

5


Network service model


Tầng mạng cung cấp dịch vụ cho tầng Transport:
 Tin

cậy vào tầng network?
 Các gói tin có đến đích đúng thứ tự đã gửi?
 Thời gian truyền có được đảm bảo?
 Có phản hồi về tình trạng nghẽn mạng?


Hai model cơ bản của tầng mạng:
 Kênh

ảo (virtual circuit)
 Lược đồ dữ liệu (datagram)

1-6/2005

Chương 4. Giao thức tầng mạng

6


Virtual Circuit


Thiết lập liên kết trước khi truyền dữ liệu và huỷ bỏ liên
kết sau khi truyền xong.
 VC

setup: trước khi truyền, tầng mạng phải thiết lập một kênh
truyền ảo (VC) từ sender tới receiver (đã biết địa chỉ).
 Data transfer: dữ liệu được truyền qua VC.
 VC teardown: một khi sender hoặc receiver muốn ngắt VC, nó

thơng báo cho network layer biết, network layer sẽ huỷ bỏ VC.
 Còn được gọi là connection-oriented



Mỗi gói tin chứa thêm thơng tin về kênh mà nó sẽ đi qua
(VC identifier number).
Các routers/packet switches trên kênh ảo (VC) luôn nắm
giữ trạng thái của kênh đi qua nó.

1-6/2005

Chương 4. Giao thức tầng mạng

7


Virtual Circuit: Các giao thức báo hiệu




Được sử dụng để thiết lập, duy trì và kết thúc các mạch ảo
Được sử dụng trong mạng như ATM, Frame Relay, X.25.
Không được sử dụng trong mạng Internet ngày nay

1-6/2005

Chương 4. Giao thức tầng mạng

8


application
transport
network
data link
physical

host A

application
transport
network
data link
physical

server B

Sự khác biệt giữa liên kết tại tầng Transport và Network?
applicatio
n
transport
network
data link
physical

1-6/2005

applicatio

n
transport
network
data link
physical
Chương 4. Giao thức tầng mạng

9


Datagram network





Không thiết lập kênh truyền.
Các thiết bị chuyển mạch khơng cần nắm giữ trạng thái các
kênh.
Gói tin được truyền dựa trên địa chỉ của receiving host.
Đường đi của các gói tin giữa hai host có thể khác nhau.
applicatio
n
transport
network 1. Send data
data link
physical

1-6/2005

applicatio
n
2. Receive data transport
network
data link
physical
Chương 4. Giao thức tầng mạng

10


IP Fragmentation & Reassembly


Fragmentation: gam dữ liệu
(datagram) lớn được chia
thành nhiều gam dữ liệu
nhỏ.




Do mỗi đường truyền giữa
các nút (link) có tốc độ giới
hạn, chỉ cho phép truyền đơn
vị dữ liệu có kích thước tối đa
là MTU (Max Transfer Unit)

fragmentation:
in: one large datagram

out: 3 smaller datagram

reassembly

Reassembly: Các gam dữ
liệu nhỏ được hợp nhất
thành gam dữ liệu lớn
(ngược lại) tại điểm đến
cuối cùng

1-6/2005

Chương 4. Giao thức tầng mạng

11


Example
 4000 byte datagram
 MTU = 1500 bytes

1480 bytes in
data field
offset =
1480/8

1-6/2005

length ID fragflag offset
=4000 =x =0

=0

gam dữ liệu lớn được chia thành
nhiều gam dữ liệu nhỏ hơn
length ID fragflag offset
=1500 =x =1
=0
length ID fragflag offset
=1500 =x =1
=185
length ID fragflag offset
=1060 =x =0
=370

Chương 4. Giao thức tầng mạng

12


Network taxonomy (review)
communication
networks
switched
networks

circuit-switched
networks
(vd. telephone)

FDM

1-6/2005

TDM

broadcast
networks
(vd. Radio,
Broadcast TV)
packet-switched
networks

datagram
networks
(vd. Internet)

virtual circuitswitched
networks
(vd. ATM)

Chương 4. Giao thức tầng mạng

13


Datagram or VC network: why?
Internet






ATM(Asynchronous Transfer

Mạng máy tính:
 dịch vụ nhạy cảm.
 không giới hạn thời gian.
Các hệ thống cuối “thơng minh”
(computer):
 có khả năng thích nghi, kiểm
sốt, khơi phục lỗi.
 kiến trúc bên trong mạng đơn
giản nhưng kết nối các mạng
phức tạp.
Nhiều dạng liên kết mạng dẫn đến
một dịch vụ thuần nhất (kênh) là
khơng thích hợp.

1-6/2005

Mode )





Mạng điện thoại (chuyển mạch kênh).
Tương tác người-người đòi hỏi:
 thời gian truyền.

 độ tin cậy.
 dịch vụ phải được đảm bảo.
Các thiết bị cuối đơn giản, dường như
cố định:
 điện thoại.
 mức độ phức tạp nằm bên trong
mạng.

Chương 4. Giao thức tầng mạng

14


Ch4. The Network Layer
4.1 - Giới thiệu và chức năng của tầng mạng.
4.2 - Network service model (VC and Datagram).
4.3 - Bộ định tuyến (router).
4.4 - Giao thức IP (Internet Protocol).
4.5 - Giải thuật chọn đường (Routing Algorithms).
4.6 - Chọn đường trong mạng Internet.

1-6/2005

Chương 4. Giao thức tầng mạng

15


Bộ định tuyến – router




Thực thi các giải thuật chọn đường (routing algorithms).
Chuyển tiếp (forwarding) các gói tin từ cổng vào tới cổng
ra thích hợp.

1-6/2005

Chương 4. Giao thức tầng mạng

16


Chọn đường và chuyển tiếp gói tin


Định Tuyến


Input ports

Physical layer:
bit-level reception
Data link layer:
e.g., Ethernet

Decentralized switching:



1-6/2005

Sử dụng forwarding table có trong input
port memory để tra cứu output port
Queuing: nếu các gam dữ liệu
(datagram) đến nhanh quá, cần phải xếp
hàng chờ xử lý.
Chương 4. Giao thức tầng mạng

19


Output ports




Buffering: khi datagram được gửi ra nhanh hơn tốc độ xử
lý, cần đưa vào bộ đệm.
Scheduling discipline: cơ chế lựa chọn datagram từ bộ đệm
để tiếp tục gửi đi.

1-6/2005

Chương 4. Giao thức tầng mạng

20


Ch4. The Network Layer

4.1 - Giới thiệu và chức năng của tầng mạng.
4.2 - Network service model (VC and Datagram).
4.3 - Thiết bị tầng mạng - Bộ định tuyến (router).
4.4 - Giao thức IP (Internet Protocol).
4.5 - Giải thuật chọn đường (Routing Algorithms).
4.6 - Chọn đường trong mạng Internet.

1-6/2005

Chương 4. Giao thức tầng mạng

21


Internet Protocol


The Internet (TCP/IP) network layer
Network layer được thực thi tại end system cũng như tại router!

Network
layer

1-6/2005

Chương 4. Giao thức tầng mạng

23

Đặc điểm của giao thức IP


Định danh các nút trên mạng