Quan hệ địa chỉ lớp 2&3, kỹ thuật ánh xạ địa chỉ IP và MAC

Quan hệ địa chỉ lớp 2 & 3
Kỹ thuật ánh xạ địa chỉ IP và MAC
Sinh viên: Ngô Quang Hà
Nguyễn Đức Minh
Lớp : ĐT7- K48
Phần I: Quan hệ địa chỉ lớp 2 & 3
 Mỗi một địa chỉ MAC trên thế giới là duy
nhất
 Địa chỉ MAC được sử dụng để phân phát
các gói tới đích đến của chúng trên một
mạng
 Nếu không có địa chỉ IP, mỗi một Router
sẽ phải theo dõi sự định vị (hay vị trí) của
mỗi một địa chỉ MAC trên liên mạng.
Phần I: Quan hệ địa chỉ lớp 2 & 3
 Địa chỉ IP sẽ chịu trách nhiệm phân phát
gói tin đến đúng mạng đích
 Địa chỉ MAC sau đó được sử dụng để
phân phát gói tin mang tính chất cục bộ.
Phần II: Kỹ thuật ánh xạ địa chỉ IP & MAC
 Ánh xạ địa chỉ IP vào địa chỉ MAC_ Giao
thức phân giải địa chỉ (ARP)
 Ánh xạ địa chỉ MAC vào địa chỉ IP – giao
thức phân giải địa chỉ đảo ngược RARP
(Reverse ARP).
Ánh xạ địa chỉ IP vào địa chỉ MAC
1. Giới thiệu
 Tổ hợp địa chỉ TCP/IP trong mỗi một Host
được gán một địa chỉ 32 bit
 các mạng sử dụng địa chỉ được gán khi thực
hiện việc gửi hoặc nhận các gói

 Hai máy trên cùng một mạng vật lý xác
định có thể giao tiếp với nhau khi chúng
biết được địa chỉ mạng vật lý của máy kia
 Vấn đề: một Host hay một Router ánh xạ
một địa chỉ IP tới địa chỉ vật lý đó như thế
nào khi nó cần gửi một gói qua mạng vật
lý?
Ánh xạ địa chỉ IP vào địa chỉ MAC
2. Vấn đề phân giải địa chỉ
 Hai máy A và B kết nối tới cùng một mạng vật lý,
mỗi máy có địa chỉ IP tương ứng là IA,IB và địa
chỉ vật lý tương ứng là PA, PB
 Máy A muốn gửi một gói tới máy B, máy A sẽ ánh
xạ địa chỉ tới địa chỉ vật lý của máy B (PB) như thế
nào?
 Máy A phải ánh xạ địa chỉ Internet của đích đến
cuối cùng tới địa chỉ vật lý của đích đến.
 Nếu gói đó phải gửi qua một Router trung gian,
máy A phải ánh xạ địa chỉ internet của Router
trung gian tới địa chỉ vật lý
 Vấn đề ánh xạ địa chỉ tới địa chỉ vật lý được gọi là
vấn đề phân giải địa chỉ (ARP).
Ánh xạ địa chỉ IP vào địa chỉ MAC
3. Hai loại địa chỉ vật lý
 Địa chỉ vật lý cố định (được minh hoạ bởi
Ethernet)
 Địa chỉ vật lý có cấu hình đơn giản (được
minh hoạ bởi ProNet)
Ánh xạ địa chỉ IP vào địa chỉ MAC
4. Phân giải qua ánh xạ trực tiếp

 Xét một mạng ProNet token ring
 một địa chỉ IP được gán với HostID chia
thành 1, 2, 3 …
 Khi thiết lập phần cứng giao diện mạng thì
chọn một địa chỉ vật lý tương ứng với địa
chỉ IP
 Ví dụ: người quản trị hệ thống sẽ lựa chọn
địa chỉ vật lý 3 cho một máy tính với địa chỉ
IP 192.5.48.3 bởi vì 192.5.48.3 là một địa
chỉ lớp C với địa chỉ Host bằng 3.
Ánh xạ địa chỉ IP vào địa chỉ MAC
5. Phân giải qua sự liên kết động
 Mỗi một giao diện Ethernet được gán một
địa chỉ vật lý 48 bit khi thiết bị đó được sản
xuất
 Địa chỉ Ethernet dài 48 bit và khó có thể mã
hoá trong điạ chỉ IP 32 bit.
 ARP là một giao thức cho phép một Host
tìm được địa chỉ vật lý của một Host đích
trên cùng một mạng vật lý bằng cách đưa ra
địa chỉ IP của Host đích
Ánh xạ địa chỉ IP vào địa chỉ MAC
5. Phân giải qua sự liên kết động
Ánh xạ địa chỉ IP vào địa chỉ MAC
5. Phân giải qua sự liên kết động
 Host A muốn phân giải địa chỉ (IP, IB), nó quảng
bá một gói tin đặc biệt để thông báo với Host có địa
chỉ (IP, IB) trả lời địa chỉ vật lý của nó PB
 Tất cả các Host, bao gồm cả Host B đều nhận được
yêu cầu, nhưng chỉ có Host B nhận ra địa chỉ IP

của nó và gửi một sự hồi âm bao gồm địa chỉ vật lý
của nó
 Khi Host A nhận được sự hồi âm, nó sử dụng địa
chỉ vật lý để gửi một gói tin thẳng đến B.
Ánh xạ địa chỉ IP vào địa chỉ MAC
5. Phân giải qua sự liên kết động
Xét ví dụ sau:
Ánh xạ địa chỉ IP vào địa chỉ MAC
5. Phân giải qua sự liên kết động
 Có hai Ethernet, phòng khoa học máy tính có địa
chỉ IP là 192.31.65.0 và phòng kỹ thuật điện có địa
chỉ là 192.31.63.0.
 Chúng được kết nối bởi vòng FDDI mang nhãn E1
đến E6, mỗi máy trên vòng FDDI có một địa chỉ
FDDI, nhãn F1 đến F3.
 Host 1 gửi một gói tin đến Host 2 (192.31.65.5)
Ánh xạ địa chỉ IP vào địa chỉ MAC
5. Phân giải qua sự liên kết động
 Host 1 có thể trông vào địa chỉ IP của host 2 và biết
máy đích đang mở trên mạng của mình
 Host 1 cần một cách để tìm địa chỉ Ethernet của
máy đích
 Giải pháp là có một tập tin cấu hình trong hệ thống,
ánh xạ các địa chỉ IP lên các địa chỉ Ethernet
 Giải pháp tốt hơn là cho host 1 xuất một gói tin
quảng bá đến tại từng máy trên Ethernet
192.32.65.0 hỏi : “ai có địa chỉ IP 192.31.65.5?”
Ánh xạ địa chỉ IP vào địa chỉ MAC
5. Phân giải qua sự liên kết động
 Mỗi máy sẽ kiểm tra địa chỉ IP của mình, một mình

host 2 trả lời với địa chỉ Ethernet của nó (E2)
 Host 1 biết được địa chỉ IP 192.31.65.5 ở trên host
có địa chỉ Ethernet E2
 Giao thức hỏi câu hỏi này và có được hồi âm như
thế gọi là ARP (Address Resolution Protocol)
 Phần mềm IP trên host 1 xây dựng một khung
Ethernet nhắm địa chỉ đến E2 và để nó lên Ethernet
Ánh xạ địa chỉ IP vào địa chỉ MAC
5. Phân giải qua sự liên kết động
 Bảng mạch Ethernet của host phát hiện khung này
thừa nhận nó như một khung của mình
 Bộ điều khiển Ethernet (driver) trích gói tin IP từ
tải trọng và chuyển cho phần mềm IP để biết nó là
địa chỉ đúng, xử lý nó
 Khi host 1 muốn gửi một gói tin cho host 4
(192.31.63.8)
 Việc dùng ARP sẽ mất vì Host 4 sẽ không biết
quảng bá (các router không chuyển các quảng bá
Ethernet)
Ánh xạ địa chỉ IP vào địa chỉ MAC
5. Phân giải qua sự liên kết động
Giải pháp 1
 router CS có thể được cấu hình để trả lời
các yêu cầu ARP cho mạng 192.31.63.0
 Host 1 sẽ lập một trừu nhập cache ARP
(192.31.63.8, E1)
 gửi tất cả mọi giao thông cho host 4 đến
router cục bộ. Giải pháp này gọi là proxy
ARP.
Ánh xạ địa chỉ IP vào địa chỉ MAC

5. Phân giải qua sự liên kết động
Giải pháp 2
 Host 1 thấy máy đích ở trên một mạng từ xa, sẽ gửi
ngay tất cả các giao thông đến một địa chỉ Ethernet
mặc định quản lý tất cả các giao thông từ xa, trong
trường hợp này là E3
 router CS có được khung Ethernet nhận ra là các
gói tin đó cho mạng 192.31.60.0 được giả định đi
tới router 192.31.60.7
 Nếu không biết địa chỉ FDDI của 192.31.60.7 nó
quảng bá một gói tin ARP lên vòng và biết được
địa chỉ vòng của mình là F3
Ánh xạ địa chỉ IP vào địa chỉ MAC
5. Phân giải qua sự liên kết động
 Tại router EE, bộ điều khiển FDDI gỡ bỏ gói tin và
cho nó đến phần mềm IP
 Phần mềm IP thấy nó cần gửi gói tin đến
192.31.63.8 với địa chỉ đích là E6
 Nó xây dựng một khung Ethernet nhắm địa chỉ
đích là E6 và gửi lên trên Ethernet
 Khi khung Ethernet đến host 4, gói tin được trích ra
từ khung và đi qua phần mềm IP để xử lý.
Ánh xạ địa chỉ IP vào địa chỉ MAC
6. Bộ nhớ phân giải địa chỉ
 Không phải bất cứ khi nào máy A muốn gửi gói tin
đến máy B thì phải thực hiện việc quảng bá
 Sử dụng bộ nhớ cache ARP để lưu trữ và duy trì
những yêu cầu liên kết địa chỉ IP tới địa chỉ vật lý
 Khi nhận được một hồi âm ARP, nó sẽ lưu địa chỉ
IP và thông tin địa chỉ phần cứng tương ứng vào bộ

nhớ cache của nó cho những lần tìm kiếm tiếp theo
 Khi thực hiện truyền gói, một máy tính luôn luôn
tìm trong bộ nhớ cache của nó cho một sự liên kết
trước khi gửi một yêu cầu ARP
 Nếu nó tìm thấy sự liên kết trong bộ nhớ cache của
nó, máy tính sẽ không cần quảng bá trên mạng
Ánh xạ địa chỉ IP vào địa chỉ MAC
7. ARP cache Timeout
 Giả thết rằng A gửi cho B một yêu cầu ARP và B
đã hồi âm lại, và giả thiết sau đó B có sự cố
 Máy A đã có thông tin liên kết địa chỉ cho B trong
bộ nhớ cache của nó, máy A tiếp tục gửi gói đến
máy B
 Máy A không biết rằng thông tin trong bộ nhớ
cache ARP của nó đã trở nên không đúng
 Khắc phục: sử dụng bộ định thời với trạng thái
thông tin sẽ bị xoá khi hết thời gian định thời
 Khi nào thông tin liên kết địa chỉ bị thay đôi trong
bộ nhớ cache ARP, giao thức sẽ yêu cầu thiết lập
bộ định thời với thời gian timeout khoảng 20 phút
Ánh xạ địa chỉ IP vào địa chỉ MAC
7. ARP cache Timeout
 Khi hết thời gian định thời, thông tin đó phải bị loại
bỏ
 Sau khi loại bỏ:Nếu không có gói tin nào được gửi
đến đích, sẽ không có chuyện gì xảy ra
 Nếu một gói phải được gửi đến đích và trong bộ
nhớ cache ARP không có thông tin của sự liên kết,
máy tính sẽ theo thủ tục thông thường của việc
quảng bá một yêu cầu ARP

 Nếu đích đến vẫn không thể đạt tới được, người gửi
sẽ biết rằng đích đến đang off-line.
Ánh xạ địa chỉ IP vào địa chỉ MAC
8. Sự cải tiến ARP
 A gửi một yêu cầu tới B bao gồm cả sự liên
kết địa chỉ IP vào địa chỉ vật lý của A
 B trích địa chỉ liên kết của A và lưu địa chỉ
liên kết đó vào trong bộ nhớ cache ARP của
B
 Các máy trên mạng nhận được yêu cầu ARP
cũng trích ra và update sự liên kết địa chỉ
vào bộ nhớ cache của chúng
Ánh xạ địa chỉ IP vào địa chỉ MAC
9. Mối quan hệ giữa ARP và các giao thức
 ARP là một giao thức mức thấp ẩn bên dưới
của địa chỉ vật lý mạng, cho phép gán một
địa chỉ IP bất kỳ tới mỗi máy
 Chúng ta nghĩ rằng ARP là một phần của hệ
thống mạng vật lý chứ không phải là một
phần của những giao thức internet.
Ánh xạ địa chỉ IP vào địa chỉ MAC
10. Sự thi hành ARP
 Các yêu cầu quảng bá ARP đầu tiên cũng có thể bị
mất, vì thế các Host phải lưu trữ những gói gốc này
để chúng có thể được truyền lại
 Khi một gói ARP đến, máy thu phải xem đó là một
yêu cầu ARP, hay hồi âm ARP, xem đích đến của
yêu cầu:nếu đích đến là nó, nó sẽ gửi lại một hồi
âm, nếu đích đến không phải là nó, nó sẽ yêu cầu
một ánh xạ tới một vài máy khác ở trên mạng

 Thông thường phần mềm ARP sắp xếp các gói
được thêm vào trên một hàng. Khi hồi âm đến và
địa chỉ liên kết đã được biết, phần mềm ARP sẽ
loại bỏ các gói khỏi hàng đó, đưa mỗi gói vào trong
một khung và sử dụng sự liên kết địa chỉ để điền
đầy vào địa chỉ vật lý đích.