Bài giảng Computer Networking - Chapter 4: Network Layer

Chapter 4

Network Layer

A note on the use of these ppt slides:

We’re making these slides freely available to all (faculty, students, readers).

They’re in PowerPoint form so you can add, modify, and delete slides

(including this one) and slide content to suit your needs. They obviously

represent a lot of work on our part. In return for use, we only ask the

following:

ꢀ If you use these slides (e.g., in a class) in substantially unaltered form,

that you mention their source (after all, we’d like people to use our book!)

ꢀ If you post any slides in substantially unaltered form on a www site, that

you note that they are adapted from (or perhaps identical to) our slides, and

note our copyright of this material.

Computer Networking:

A Top Down Approach

5^thedition.

Jim Kurose, Keith Ross

AddisonꢀWesley, April

2009.

Thanks and enjoy! JFK/KWR

Network Layer

4-1

Chapter 4: Network Layer

Chapter goals:

ꢁ understand principles behind network layer

services:

ꢂ

network layer service models

forwarding versus routing

how a router works

routing (path selection)

dealing with scale

advanced topics: IPv6, mobility

ꢁ instantiation, implementation in the Internet

Network Layer

4-2

Chapter 4: Network Layer

ꢁ

4. 1 Introduction

4.2 Virtual circuit and

datagram networks

4.3 What’s inside a

router

4.4 IP: Internet Protocol

ꢁ

4.5 Routing algorithms

ꢂ

Link state

Distance Vector

Hierarchical routing

ꢁ

4.6 Routing in the

Internet

ꢂ

RIP

OSPF

BGP

ꢂ

Datagram format

IPv4 addressing

ICMP

ꢁ

4.7 Broadcast and

multicast routing

IPv6

Network Layer

4-3

Network layer

application

ꢁ

Vận chuyển segment từ

host bên gửi đến host bên

nhận.

Ở bên gửi, đóng gói

segment trong datagram

Ở bên nhận, trao lại

segment cho tầng

transport.

transport

network

data link

physical

network

data link

physical

network

data link

physical

network

data link

physical

ꢁ

network

data link

physical

network

data link

physical

network

data link

physical

network

data link

physical

network

data link

physical

application

transport

network

ꢁ

Các giao thức của tầng

mạng có trong mọi host

và router.

Router kiểm tra các field

trong header của tất cả

các datagram đi qua nó.

data link

physical

network

data link

physical

data link

physical

network

data link

physical

Network Layer

4-4

Two Key Network-Layer Functions

ꢁ

forwarding: quá trình chuyển tiếp gói tin từ

một ngõ vào đến một ngõ ra phù hợp trong

cùng 1 router

routing: quá trình tìm đường đi cho gói tin

qua các router để đến đích.

ꢂ

routing algorithms (thuật toán định tuyến): thuật

toán tìm đường đi cho gói tin đến đích.

Network Layer

4-5

Interplay between routing and forwarding

Các thuật toán định tuyến cập

Thuật toán định tuyến

nhật forwarding table

local forwarding table

header value output link

0100

0101

0111

1001

3

2

1

Giá trị nằm trong header

của gói tin đến.

1

0111

2

3

Network Layer

4-6

Connection setup

Ngoài 2 chức năng quan trọng forwarding và routing,

ꢁ

thiết lập kết nối [connection setup] là chức năng quan

trọng thứ 3 trong một số kiến trúc mạng:

ꢂ

ATM, frame relay, X.25

ꢁ

Trước khi các datagram truyền đi, hai host gửi/nhận và

các router trung gian thiết lập kết nối ảo.

ꢂ

Các router tham gia vào quá trình này

So sánh việc thiết lập kết nối giữa tầng network và tầng

transport:

ꢂ

network: kết nối giữa 2 host truyền nhận (cũng có

thể liên quan đến các router trung gian trong trường

hợp kết nối ảo (virtual connections)

ꢂ

transport: kết nối giữa 2 tiến trình.

Network Layer

4-7

Network service model

Q: Tầng network có các mô hình dịch vụ nào?

Ví dụ về dịch vụ cho dòng datagram:

Ví dụ về dịch vụ cho từng

datagram:

ꢁ

Đảm bảo gói tin đến nơi đúng thứ

tự như khi gửi [in-order datagram

delivery]

Đảm bảo băng thông tối thiểu

[guaranteed minimum bandwidth

to flow]

ꢁ

đảm bảo gói tin đến đích

[guaranteed delivery].

ꢁ

đảm bảo gói tin đến đích

dưới 40ms [guaranteed

delivery with less than 40

msec delay]

…

Network Layer

4-8

Network layer service models:

Guarantees ?

Network Service

Congestion

Bandwidth Loss

Architecture Model

Internet best effort

ATM CBR

Order Timing

feedback

none

no

no (inferred

via loss)

no

congestion

no

constant yes

rate

guaranteed yes

rate

guaranteed no

minimum

yes yes

yes no

ATM VBR

congestion

yes

ATM ABR

none

no

ATM UBR

no

Network Layer

4-9

Chapter 4: Network Layer

ꢁ

4. 1 Introduction

4.2 Virtual circuit and

datagram networks

4.3 What’s inside a

router

4.4 IP: Internet Protocol

ꢁ

4.5 Routing algorithms

ꢂ

Link state

Distance Vector

Hierarchical routing

ꢁ

4.6 Routing in the

Internet

ꢂ

RIP

OSPF

BGP

ꢂ

Datagram format

IPv4 addressing

ICMP

ꢁ

4.7 Broadcast and

multicast routing

IPv6

Network Layer

4-10

Network layer connection and

connection-less service

ꢁ Mạng datagram cung cấp các dịch vụ phi-kết-

nối ở tầng mạng

ꢁ Mạng mạch ảo [Virtual-circuit] cung cấp các

dịch vụ có-kết-nối ở tầng mạng

ꢁ Tương tự như các dịch vụ ở tầng transport,

nhưng:

ꢂ

Dịch vụ: host-to-host

ꢂ

Không được lựa chọn: mạng cung cấp hoặc dịch

vụ phi-kết-nối, hoặc có-kết-nối

ꢂ

Cài đặt: ở phần network core (i.e. router)

Network Layer

4-11

Virtual circuits

“đường truyền từ nơi gửi đến nơi nhận, làm việc tương

tư như mạch điện thoại

ꢂ

performance-wise

ꢂ

network actions along source-to-dest path

ꢁ

Thiết lập cuộc truyền trước khi truyền dữ liệu, hủy bỏ cuộc

truyền.

Mỗi gói tin mang số hiệu của VC (VC-id), ko phải địa chỉ host

bên nhận.

Mọi router trên đường từ nơi gửi đến nơi nhận, đều duy trì

“thông tin trạng thái” về từng kết nối đi qua nó.

Các tài nguyên đường truyền, router (bandwitch, buffers) có

thể được cấp phát cho VC (dedicated resources = predictable

service)

Network Layer

4-12

VC implementation

Một VC bao gồm:

1. Một tuyến đi từ nguồn, qua dãy gồm nhiều đường

truyền và router, đến đích.

2. Các số hiệu VC [VC numbers], một số cho mỗi đường

truyền dọc theo tuyến.

3. Các dòng trong bảng chỉ đường của router nằm dọc

theo tuyến

ꢁ Các gói tin trực thuộc VC mang các số hiệu VC

(thay vì địa chỉ đích đến)

ꢁ Các số hiệu VC có thể bị thay đổi trên mỗi

đường truyền.

ꢂ

Số hiệu VC mới đến từ forwarding table

Network Layer

4-13

Forwarding table

VC number

22

32

12

3

1

2

interface

number

Forwarding table của router

phía trên-bên trái:

Incoming interface Incoming VC # Outgoing interface Outgoing VC #

1

12

63

7

97

…

3

1

2

3

…

22

18

17

87

…

2

3

1

…

Routers quản lý các thông tin về trạng thái của kết nối!

Network Layer

4-14

Virtual circuits: signaling protocols

ꢁ

Được sử dụng để thiết lập, duy trì, hủy bỏ VC

Được sử dụng trong mạng ATM, frame-relay, X.25

Không được sử dụng trong mạng Internet hiện nay.

application

transport

network

data link

physical

application

transport

network

data link

physical

6. Receive data

3. Accept call

2. incoming call

5. Data flow begins

4. Call connected

1. Initiate call

Network Layer

4-15

Datagram networks

ꢁ

Không thiết lập cuộc truyền (hoặc kết nối ) ở tầng mạng

routers: Không quản lý thông tin trạng thái kết nối điểm-

điểm

ꢂ

Không có khái niệm “kết nối” ở tầng mạng

ꢁ

Các gói tin được chuyển tiếp giữa các router nhờ sử dụng

địa chỉ của host đích.

ꢂ

Các gói tin truyền nhận giữa 2 máy có thể đi theo các tuyến khác

nhau.

application

transport

network

data link

physical

application

transport

network

data link

physical

1. Send data

2. Receive data

Network Layer

4-16

Forwarding table

4 billion

possible entries

Destination Address Range

Link Interface

11001000 00010111 00010000 00000000

đến

0

11001000 00010111 00010111 11111111

11001000 00010111 00011000 00000000

đến

1

11001000 00010111 00011000 11111111

11001000 00010111 00011001 00000000

đến

11001000 00010111 00011111 11111111

2

3

các trường hợp khác

Network Layer

4-17

Longest prefix matching

Khi có 1 địa chỉ nguồn khớp được nhiều mục trong forwarding table, ưu

tiên khớp cho phần prefix dài nhất.

Prefix Match

11001000 00010111 00010

11001000 00010111 00011000

11001000 00010111 00011

các trường hợp khác

Link Interface

0

1

2

3

Ví dụ

DA: 11001000 00010111 00010110 10100001

Interface nào?

DA: 11001000 00010111 00011000 10101010

Network Layer

4-18

Datagram or VC network: why?

Internet (datagram)

ATM (VC)

ꢁ

Dữ liệu được trao đổi giữa các

máy tính

ꢁ

Tiến hóa từ mạng điện thoại

ꢁ

Đàm thoại:

ꢂ

“elastic” service, no strict

timing requirements.

ꢂ

strict timing, reliability

requirements

need for guaranteed

service

ꢁ

Các đầu cuối là máy tính,

“thông minh” hơn điện thoại

ꢂ

Có thể thích ứng, kiểm

ꢁ

Các đầu cuối là “không

thông minh”

soát và khôi phục khi có lỗi

ꢂ

Bên trong mạng (router)

được giữ đơn giản, các xử

lý phức tạp được đặt tại

“edge” (các host)

ꢂ

telephones

ꢂ

Các xử lý phức tạp được

đặt ở mạng

ꢁ

Nhiều loại đường truyền

ꢂ

Có các đặc tính khác biệt

uniform service difficult

ꢂ

Network Layer

4-19

Chapter 4: Network Layer

ꢁ

4. 1 Introduction

4.2 Virtual circuit and

datagram networks

4.3 What’s inside a

router

4.4 IP: Internet Protocol

ꢁ

4.5 Routing algorithms

ꢂ

Link state

Distance Vector

Hierarchical routing

ꢁ

4.6 Routing in the

Internet

ꢂ

RIP

OSPF

BGP

ꢂ

Datagram format

IPv4 addressing

ICMP

ꢁ

4.7 Broadcast and

multicast routing

IPv6

Network Layer

4-20

Bài giảng Computer Networking - Chapter 4: Network Layer - Lê Ngọc Sơn