Bài giảng mạng máy tính giao thức IP

Chương 7
GIAO THỨC IP
(INTERNET PROTOCOL)

Giao thức IP

4-1


NỘI DUNG
❒ Vị trí của Internet Protocol
❒ Định dạng Datagram
❒ Địa chỉ IPv4
❒ ICMP
❒ IPv6

Giao thức IP

4-2


Vị trí của IP
IP là giao thức thực hiện chức năng lớp mạng (lớp
Internet) trong mô hình TCP/IP
Transport layer: TCP, UDP

Network
layer

ICMP protocol
•Thông báo lỗi

• báo hiệu router

Routing protocols
•Chọn ñường
•RIP, OSPF, BGP

forwarding
table

IP protocol
•Qui ước ñịa chỉ
•Định dạng datagram
•Qui ước kiểm soát gói số liệu

Link layer
physical layer
Giao thức IP

4-3


NỘI DUNG
❒ Vị trí của Internet Protocol
❒ Định dạng Datagram
❒ Địa chỉ IPv4
❒ ICMP
❒ IPv6

Giao thức IP

4-4


Định dạng của IP datagram
Phiên bản của IP
header length
(x4bytes)
Loại dịch vụ của data
Số hop tối ña còn lại
(giảm 1 khi ñi qua
1 router)
Giao thức lớp trên
ñể chuyển giao data
Kích thước của phần
overhead:
❒ 20 bytes của TCP
❒ 20 bytes của IP
❒ = 40 bytes +
header của lớp ứng
dụng

32 bits
ver head. type of
len service

length
fragment
16-bit identifier flags
offset
upper

time to
header
layer
live
checksum

FM
Tổng chiều dài
của datagram
(bytes), thường
[576, 1500]
Điều khiển phân
mảnh và tái hợp

32 bit source IP address
32 bit destination IP address
Tùy chọn (nếu cần)

data
(chiều dài thay ñổi, thường là
một TCP segment hay
UDP segment)

Ví dụ. timestamp,
Ghi lại tuyến
ñã qua, chỉ ra
danh sách các
router ñã ñi qua.

Giao thức IP

4-5


Sự phân mảnh và tái hợp (1)
(IP Fragmentation & Reassembly)
Mỗi liên kết mạng có MTU
(maxi mum transfer unit) lượng data lớn nhất frame có
thể chứa.
❍ Các loại liên kết khác nhau
có MTU khác nhau
❒ Phải chia IP datagram lớn
thành các mảnh
❍ Một datagram trở thành
vài datagram
❍ Việc tái lập ñược thực hiện
tại ñích
❍ Có các bit trong IP header
ñể nhận dạng và kiểm soát
thứ tự của các mảnh
❒

Phân mảnh:
in: một datagram lớn
out: 3 datagram nhỏ hơn

Tái lập

Giao thức IP

4-6


Sự phân mảnh và tái hợp (2)
Ví dụ
❒ 4000 byte
datagram
❒ MTU = 1500 byte

1480 byte trong
data field
offset =
1480/8

length ID fragflag offset
=4000 =x
=0
=0
Một datagram thành vài datagram nhỏ hơn

length ID fragflag offset
=1500 =x
=1
=0
length ID fragflag offset
=1500 =x
=1
=185
length ID fragflag offset
=1040 =x

=0
=370

Giao thức IP

4-7


NỘI DUNG
❒ Vị trí của Internet Protocol
❒ Định dạng Datagram
❒ Địa chỉ IPv4
❒ ICMP
❒ IPv6

Giao thức IP

4-8


Địa chỉ IP
❒ Địa chỉ IP:
❍ là danh ñịnh vị trí có 32-bit cho host và cổng giao
tiếp (interface) của router
❍ Có tính duy nhất trên phạm vi toàn cầu
❍ Phiên bản 4 và 6, mặc ñịnh là phiên bản 4
❒

interface: kết nối giữa host/router và
physical link

Router thường có nhiều interface
❍ host thường chỉ có một interface
❍ Các ñịa chỉ IP gắn liền với mỗi interface
❍

Giao thức IP

4-9


Địa chỉ IP
Phần Host và phần tiền tố (Prefix)
❍

Một IP address có phần prefix và phần host :
• prefix:host

❍

Prefix nhận diện network có chiều dài cố ñịnh theo
lớp nếu lược ñồ ñịa chỉ là classful

❍

Prefix có chiều dài tùy ý nếu lược ñồ ñịa chỉ là
classless

❍

Để biết prefix, một host phải biết có bao nhiêu bit

liên tục trong ñó qua mặt nạ mạng con “subnet
mask”
Giao thức IP 4-10


Biểu diễn IP Addresses
❒ dotted decimal: nhóm các bit theo byte cách nhau bởi dấu

chấm, viết ra theo số thập phân
❍
❍

Ví dụ 1:
Ví dụ 2:

128.191.151.1
129.192.152.2

❒ hexadecimal: biểu diễn theo số hexadecimal, chuỗi có kích

thước cố ñịnh
❍
❍

Ví dụ 1:
Ví dụ 2:

x80 BF 97 01
x ??????

❍

❒ binary: chuỗi 32 bit
❍
❍

Ví dụ 1:
Ví dụ 2:

b0100 0000 1011 1111 1001 0111 0000 0001
b ??????

Giao thức IP

4-11


223.1.1.1
223.1.2.1
223.1.1.2
223.1.1.4
223.1.1.3

223.1.2.9

223.1.3.27

223.1.2.2

223.1.3.2

223.1.3.1

223.1.1.1 = 11011111 00000001 00000001 00000001
223

1

1

1

Giao thức IP 4-12


Hai cách viết mô tả Prefix (1)
❒ Dùng mặt nạ: address + mask :
❍

Ví dụ: 128.178.156.13 mask 255.255.255.0
• Mặt nạ ñược viết dưới dạng thập phân có dấu chấm phân
cách, tất cả phần prefix ñều là bit 1, phần host là bit 0
• Prefix = address AND mask
• Ví dụ trên: prefix là 128.178.156.0

❍

Ví dụ 2: 129.132.119.77 mask 255.255.255.192
• prefix ?
• Có bao nhiêu host có thể ?

❍

Thường dùng ñể cấu hình host
Giao thức IP 4-13


Hai cách viết mô tả Prefix (2)
❒ prefix : 128.178.156.1/24

❍

24 bit ñầu tiên của biểu diễn nhị phân, viết theo dạng thập phân
có dấu chấm phân cách.
Ví dụ trên có prefix là 128.178.156.0

❍

Bỏ qua các bit vượt quá

❍

• 128.178.156.1/24 như 128.178.156.22/24 và 128.178.156/24
❍

Được dùng trong bảng ñịnh tuyến ñể nhận dạng các routing prefix

❒ Ví dụ 2:
❍

❍

Viết 129.132.119.77 với mask 255.255.255.192 dưới dạng ký hiệu
prefix
Các prefix nào sau ñây là khác nhau:
• 201.10.0.00/28, 201.10.0.16/28, 201.10.0.32/28, 201.10.0.48/28
• Có bao nhiêu ñịa chỉ IP có thể phân phối cho mỗi mạng?

solution

Giao thức IP 4-14


Phân cấp ñịa chỉ IP
❒ Prefix của một IP address có thể tự cấu trúc thành subprefix

ñể hỗ trợ nhóm
❍

Ví dụ:
128.178.x.y biểu diễn một host trên mạng của công ty A
128.178.156/24 biểu diễn một subnet tại công ty A
128.178/16 biểu diễn mạng của A

❍

Được dùng giữa các router bởi các giải thuật ñịnh tuyến

❍

Cách này gọi là classless và ñược giới thiệu lần ñầu tiên trong
ñịnh tuyến liên domain CIDR (classless interdomain routing)

❒ Địa chỉ IP phân lớp (classful)
❍

Chia các ñịa chỉ IP thành các lớp (class)

❍

Phân lớp tuyệt ñối-hiện nay ít dùng
Giao thức IP 4-15


Các lớp ñịa chỉ
0 1 2 3… 8

16

class A 0 Net Id
class B 10

Subnet Id

Net Id

class C 110

Subnet Id
Net Id

class D 1110
class E

24

Host Id
Host Id

Reserved

Class

❒

Host Id

Multicast address

11110

A
B
C
D
E

31

Range

0.0.0.0
128.0.0.0
192.0.0.0
224.0.0.0
240.0.0.0

to
to
to
to
to

127.255.255.255
191.255.255.255
223.255.255.255
239.255.255.255
247.255.255.255

Các ñịa chỉ lớp B ñã cạn, các ñịa chỉ mới lấy từ lớp C, ñược cấp
thành khối liên tục
Giao thức IP 4-16


Cấp ñịa chỉ
❒ Phạm vi thế giới
❍ Âu châu và Trung ñông(RIPE NCC)
❍ Phi châu (ARIN & RIPE NCC)
❍ Bắc Mỹ (ARIN)
❍ Mỹ Latin và vùng Caribbean (ARIN)
❍ Á châu và Thái bình dương (APNIC)

❒ Các cấp phát hiện hành của lớp C
❍ 193-195/8, 212-213/8, 217/8 cho RIPE
❍ 199-201/8, 204-209/8, 216/8 cho ARIN
❍ 202-203/8, 210-211/8, 218/8 cho APNIC
Giao thức IP 4-17


Các ñịa chỉ IP ñặc biệt
(tham khảo RFC 1918)
1. 0.0.0.0
2. 0.hostId
3. 255.255.255.255
4. subnetId.tất cả 1
5. subnetId.tất cả 0
6. 127.x.x.x
7. 10/8
172.16/12
192.168/16

host này, trên mạng này
host ñược chỉ ñịnh trên mạng này
broadcast giới hạn (không chuyển
ñi bởi router)
broadcast trên subnet này
BSD dùng nó cho broadcast trên
subnet này (obsolate)
loopback
dùng nội bộ trong intranet

1,2: source IP; 3,4,5: destination IP

Giao thức IP 4-18


Mạng con (Subnet)
❒ IP address:
❍ Phần subnet ( các bit
thứ tự cao)
❍ Phần host (các bit thứ
tự thấp)
❒

223.1.1.1
223.1.1.2
223.1.1.4
223.1.1.3

Mạng con:
❍

❍

Các interface có cùng
phần subnet trong IP
address
Có thể giao tiếp với
nhau mà không cần ñến
router

223.1.2.1
223.1.2.9

223.1.3.27

223.1.2.2

subnet
223.1.3.1

223.1.3.2

network gồm 3 subnet

Giao thức IP 4-19


Mạng con (2)

223.1.1.0/24

223.1.2.0/24

Cách thức
❒ Để xác ñịnh subnet,
tách mỗi interface
trên host hay router,
tạo một mạng ñộc lập
gọi là mạng con

223.1.3.0/24

Subnet mask: /24

Giao thức IP 4-20


Mạng con

223.1.1.2

Số lượng bao nhiêu

223.1.1.1

223.1.1.4
223.1.1.3

223.1.9.2

223.1.7.0

223.1.9.1

223.1.7.1
223.1.8.1

223.1.8.0

223.1.2.6
223.1.2.1

223.1.3.27
223.1.2.2

223.1.3.1

223.1.3.2

Giao thức IP 4-21


CIDR
CIDR: Classless InterDomain Routing
Phần subnet có chiều dài tùy ý
❍ Định dạng ñịa chỉ a.b.c.d/x, x là số bit phần subnet
(prefix)
❍

subnet
part

host
part

11001000 00010111 00010000 00000000
200.23.16.0/23

Giao thức IP 4-22


Lấy ñịa chỉ IP

❒ Cấu hình tĩnh tại host và router

Windows: control-panel->network->configuration->
tcp/ip->properties
❍ UNIX: /etc/rc.config
❒ DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
❍

❍

Lấy tự ñộng từ DHCP server

❍

“plug-and-play”

Giao thức IP 4-23


Dynamic Host Configuration Protocol
❒ Cho phép host lấy ñịa chỉ tự ñộng từ server trên
❒
❒
❒
❒

mạng mỗi khi ñăng nhập mạng
Không cố ñịnh ñịa chỉ
Khi host tắt máy, ñia chỉ ñược giải phóng và sẵn sàng
cấp cho host khác

Tính di ñộng
Tổng quan DHCP :
❍ host gửi quảng bá “DHCP discover” message
❍ DHCP server ñáp ứng bằng “DHCP offer” message
❍ host yêu cầu IP address: “DHCP request” message
❍ DHCP server gửi IP address: “DHCP ack” message
Giao thức IP 4-24


Kịch bản DHCP client/server (1)
A

223.1.2.1

DHCP
server

223.1.1.1
223.1.1.2
223.1.1.4

223.1.2.9

B

223.1.2.2
223.1.1.3
223.1.3.1

223.1.3.27

223.1.3.2

E

Một DHCP
client mới ñến cần
IP address trong mạng này

Giao thức IP 4-25