IP protocol và IP address

Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng IP PROTOCOL và IP ADDRESS Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng 1. Internet Protocol Internet Protocol là một phần của bộ giao thức TCP/IP và là giao thức được sử dụng rộng rãi nhất. IP được chia thành 2 phần: -Giao diện với lớp cao hơn (chẳng hạn như TCP) và chỉ rõ các dịch vụ mà IP cung cấp. - Khuân dạng giao thức thực sự và cơ chế hoạt động IP là một giao thức kiểu “không kết nối” (Connectionless) có nghĩa là không cần có giai đoạn thiết lập liên kết trước khi truyền dữ liệu. Đơn vị dữ liệu dùng trong IP được gọi là datagram a, Các dịch vụ của IP Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng Các dịch vụ được cung cấp thông qua giao thức của các lớp liền kề (ví dụ như giữa IP và TCP) được diễn đạt bằng các thuật ngữ các nguyên thủy (hay còn gọi là cơ bản) và các tham số. Một nguyên thủy chỉ rõ chức năng cần phải thực hiện. IP cung cấp 2 dịch vụ nguyên thuỷ tại giao diện với lớp cao hơn đó là dịch vụ Send và Deliver. + Send dùng để yêu cầu truyền một đơn vị dữ liệu + Deliver được sử dụng bởi IP để thông báo cho người dùng biết một đơn vị dữ liệu đã đến. Các tham số kèm theo với 2 nguyên thủy bao gồm: -Địa chỉ nguồn (Source address): Địa chỉ internet của thực thể IP gửi Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng -Địa chỉ đích (Destination address): Địa chỉ internet của thực thể IP nhận -Giao thức (Protocol) Thực thể IP của người dùng (chẳng hạn như TCP) -Các chỉ dẫn về kiểu dịch vụ (Type of service indicators) : Dùng để chỉ rõ cách thức xử lý đơn vị dữ liệu thông qua các thành phần của mạng -Định danh (Identification): Được sử dụng kết hợp với địa chỉ nguồn và địa chỉ đích và giao thức của người dùng để xác định đơn vị dữ liệu một cách duy nhất. Các tham số này cần thiết để tập hợp và tạo các báo cáo về lỗi. Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng -Định danh không được chia nhỏ (Don’t fragment identifier): Dùng để chỉ rõ IP có hay không thể chia nhỏ dữ liệu để hoàn thành việc truyền dữ liệu. Thời gian tồn tại (Time to live): Được tính bằng giây Độ dài dữ liệu: Độ dài của dữ liệu được truyền. Dữ liệu lựa chọn (Option Data): là các lựa chọn yêu cầu bởi user Dữ liệu:Dữ liệu của người dùng đang được truyền. b, Khuân dạng của một datagram Khuân dạng của một datagram có dạng sau: Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng VER IHL Type of Service Total Length Identification Flags Fragment Offset Time to Live Protocol Header Checksum Source Address Destination Address Options + Padding Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng VER (4bits): Version hiện hành của IP được cài đặt IHL (4bits) – Internet Header Length: Chỉ độ dài phần đầu của datagram, tính theo đơn vị từ (word=32 bits), độ dài tối thiểu là 5 từ (20 bytes) Type of Service (8 bits): Đặc tả các tham số về dịch vụ có dạng cụ thể như sau: Precedence (Quyền ưu tiên) D T R Recerved Trong đó: Precedence (3bits): Chỉ thị về quyền ưu tiên gửi datagram, cụ thể là: Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng 111: Network Control (cao nhất) 011 – Flash 110 – Internetwork Control 010 – Immediate 101 – CRITIC/ECP 001 – Priority 100 – Flags Override 000 – Routine (Thấp nhất) D – Delay (1 bit) Chỉ độ trễ yêu cầu: 0 Trễ bình thường 1 Trễ thấp T- Throughput (1 bit): Chỉ thông lượng yêu cầu 0 Thông lượng bình thường 1 Thông lượng cao Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng R - Reliability (1 bit): Chỉ độ tin cậy yêu cầu 0 Độ tin cậy thường 1 Độ tin cậy cao Total Length (16 bits): Chỉ độ dài toàn bộ datagram bao gồm cả phần header (tính bằng byte) Identification (16 bits): Cùng với các tham số khác như Source Address và Destination Address, tham số này dùng để định danh duy nhất cho một datagram trong khoảng thời gian nó tồn tại trên liên mạng Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng Flags (3bits) Liên quan đến sự phân đoạn (fragment) các datagram, cụ thể là: 0 DF MF Bit 0 : Reserved: Chưa sử dụng Bit 1 (DF) = 0: Có thể chia nhỏ 1 : Không được chia nhỏ Bít 2 (MF) =0 : Đoạn cuối cùng 1 Không phải đoạn cuối cùng Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng Fragment Offsets (13 bits) : Chỉ vị trí của đoạn ở trong datagram tính theo đơn vị 64 bits, có nghĩa là mỗi đoạn (trừ đoạn cuối cùng) phải chứa một vùng dữ liệu có độ dài là bội của 64 bits Time to live (8 bits): Quy định thời gian tồn tại của datagram (tính bằng giây) trong liên mạng để tránh tình trạng một datagram bị lặp trên liên mạng, thời gian này được quy định bởi trạm gửi datagram và thường được giảm đi 1 đơn vị khi datagram đi qua mỗi router của liên mạng Protocol (8bits): Chỉ giao thức tầng trên kế tiếp sẽ nhận vùng dữ liệu ở trạm đích (thường là TCP hay UDP được cài đặt trên IP) Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng Header Checksum (16 bits): Mã kiểm soát lỗi 16 bits theo phương pháp CRC chỉ cho vùng header Source Address (32 bits) Địa chỉ của trạm nguồn Destination Address (32 bits) Địa chỉ của trạm đích Options (Độ dài thay đổi): Khai báo các options do người dùng yêu cầu Paddings (Độ dài thay đổi): Vùng đệm, được dùng để đảm bảo cho phần header luôn kết thúc ở mốc 32 bits Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng Dữ liệu (Độ dài thay đổi) Vùng dữ liệu có độ dài là bội số của 8 bits và tối đa là 65535 bytes 2. Địa chỉ IP Địa chỉ IP là một tên (định danh) cho một máy tính hay một thiết bị trên mộtmạng TCP/IP. Các mạng máy tính sử dụng giao thức TCP/IP để gửi các thông báo dựa trên địa chỉ IP của đích. Thông thường khuân dạng của một địa chỉ IP là một địa chỉ gồm 32 bits được viết như là 4 chữ số thập phân ngăn cách bởi dấu chấm. Mỗi một chữ số có thể từ 0 đến 255. Ví dụ 1.160.10.24 có thể là một địa chỉ IP Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng Trong một mạng máy tính cô lập (không nối với mạng Internet), ta có thể quy định các địa chỉ IP một cách ngẫu nhiên miễn sao cho mỗi địa chỉ là duy nhất. Tuy nhiên khi kết nối 1 mạng máy tính cá nhân với Internet đòi hỏi phải sử dụng các đia chỉ IP đã được đăng ký (được gọi là địa chỉ Internet) để tránh sự sự trùng lặp. 4 chữ số trong một địa chỉ IP được sử dụng theo nhiều cách khác nhau để xác định một mạng cụ thể (network) và một máy trạm (host) trên mạng này. Các địa chỉ IP được quy định theo các lớp sau: - Mạng lớp A: Gồm 8 bit cho địa chỉ mạng và 24 bit cho địa chi của máy trạm (host). Tất cả các địa chỉ mạng lớp A bắt đầu với chữ số nhị Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng phân 0, như vậy các địa chỉ mạng lớp A bắt đầu từ 00000000 (0) cho đến 01111111 (127) và do đó có 128 địa chỉ mạng. Trong đó các địa chỉ 00000000 và 01111111 được dành riêng nên lớp A chỉ có 126 mạng. Các địa chỉ này bắt đầu từ dấu chấm thập phân đầu tiên và có giá trị từ 0 đến 127. Phạm vi địa chỉ của lớp A bắt đầu từ địa chỉ 1.1.1.1 cho đến địa chỉ 126.255.255.254. Các mạnh lớp A hỗ trợ 126 mạng, mỗi mạng gồm 16 triệu host. - Mạng lớp B: Gồm 16 bit cho địa chỉ mạng và 16 bit cho địa chỉ của máy trạm. Mạng lớp B hỗ trợ 16000 mạng, mỗi mạng gồm 65000 host. Tất cả các địa chỉ mạng lớp B bắt đầu với chữ số nhị phân 10, như vậy 8 bit đầu của các địa chỉ mạng lớp B bắt đầu từ 10000000 (128) đến Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng 10111111 (191). 8 bit tiếp theo cũng là một phần của lớp B, như vậy có 214=16,384 địa chỉ mạng lớp B. Phạm vi địa chỉ của lớp B bắt đầu từ địa chỉ 128.0.0.1 cho đến địa chỉ 191.255.255.254 - Mạng lớp C: Gồm 24 bit cho địa chỉ mạng và 8 bit cho địa chỉ host. Hỗ trợ hơn 2 triệu mạng, mỗi mạng gồm 254 host. Tất cả các địa chỉ mạng lớp C bắt đầu từ chữ số nhị phân 110, như vậy 8 bit đầu tiên của địa chỉ mạng lớp C bắt đầu từ 11000000 (192) đến 11011111 (223), như vậy có 221=2,097,152 địa chỉ lớp C. Phạm vi địa chỉ của lớp C bắt đầu từ địa chỉ 192.0.0.1 cho đến địa chỉ 223.255.255.254 Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng Địa chỉ mạng ( 8bit) Địa chỉ host (24 bit) Mạng lớp A Địa chỉ mạng ( 16 bit) Địa chỉ host (16 bit) Mạng lớp B Địa chỉ mạng ( 24 bit) Địa chỉ host (8 bit) Mạng lớp C Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng Ngoài ra ta còn có thể sử dụng mạng lớp D (multicast) Số lượng các địa chỉ Internet chưa sử dụng đang dần hết nên một kiểu địa chỉ khác đang dần dần thay thế hệ thống dựa trên các lớp A, B và C và được gọi là địa chỉ IPv6. Có hai phiên bản của địa chỉ IP đó là IPv4 và IPv6. Về cơ bản, tất cả các mạng máy tính hiện nay đang sử dụng phiên bản IPv4, tuy nhiên với sự tăng nhanh về số lượng người sử dụng Internet, các trường đại học và viện nghiên cứu và của các thiết bị di động nên một thế hệ tiếp theo của địa chỉ IP đã được chấp nhận, đó là Ipv6. a, Địa chỉ IPv4 Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng Một địa chỉ IPv4 gồm 4 bytes (32 bits). Các bytes này còn được gọi là các bộ tám (octest). Dể dễ đọc, các byte trong địa chỉ IP được ngăn cách bởi dấu chấm thập phân. Ví dụ một địa chỉ IP có giá trị 11000000 11100100 00010001 00111001 sẽ được viết trong dạng dấu chấm thập phân như sau 192.228.17.57. Do mỗi một byte gồm 8 bits nên mỗi một byte trong địa chỉ IP có giá trị trong phạm vi từ 0 đến 255. Do đó phạm vi đầy đủ tất cả các địa chỉ IP là từ 0.0.0.0 đến 255.255.255.255 và có thể biểu diễn 4,294,967,296 địa chỉ IP b, Địa chỉ IPv6 Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng Một địa chỉ IPv6 gồm 16 bytes (128 bits) do vậy IPv6 hỗ trợ hơn 300,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 địa chỉ - 3 trăm tỷ tỷ tỷ địa chỉ. Trong những năm tới với sự gia tăng của điện thoại di động, PDA và các thiết bị khác, phạm vị địa chỉ của IPv4 đang dần dần hết nên địa chỉ IPv6 trở nên cần thiết. Các địa chỉ IPv6 được viết dưới dạng Hhhh:hhhh:hhhh:hhhh:hhhh:hhhh:hhhh:hhhh Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng Như vậy các cặp bytes của IPv6 được ngăn cách bởi dấu : và mỗi cặp byte lại được biểu diễn như là một cặp của các số hexa (cơ số 16) chẳng hạn như địa chỉ: E3D7:0000:0000:0000:51F4:9BC8:C0A8:6420 Các địa chỉ Ipv6 có thể gồm nhiều giá trị 0, với các giá tri 0 này ta có thể viết tắt như sau: E3D7::51F4:9BC8:C0A8:6240 Vì Ipv6 là sự mở rộng của Ipv4 nên 4 bytes bên phải nhất của địa chỉ Ipv6 có thể viết kết hợp dưới dạng của địa chỉ Ipv4. Trong ví dụ trên ta có thể viết lại như sau: E3D7:0000:0000:0000:51F4:9BC8:192.168.100.32 Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng Lưu ý: Địa chỉ Ipv6 có thể viết đầy đủ hay viết ngắn gọn hay viết kết hợp. 3. Mạng con và mặt nạ mạng. Giả sử một mạng Internet bao gồm một hoặc nhiều mạng WAN và một số địa điểm (site), mỗi một site này có thể bao gồm một số mạng LAN. Ta có thể gán một số hiệu cho tất cả các LAN tại 1 site, như vậy ta có thể coi là chỉ có một mạng đơn tại địa điểm này, điều này sẽ làm đơn giản hóa việc đánh địa chỉ và định hướng. Để cho các router trong site này thực hiện chức năng tìm đường một cách chính xác, mỗi một LAN được gán cho một số hiệu mạng con Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng (subnet number). Địa chỉ Internet của một host được chia thành subnet number và host number để cung cấp mức địa chỉ mới này. Bên trong mạng con các router cục bộ cần phải gửi dữ liệu dựa trên một số hiệu mạng mở rộng bao gồm thành phần địa chỉ mạng của địa chỉ IP và số hiệu mạng con Việc sử dụng mặt nạ mạng (subnet mask) cho phép Router xác định xem 1 datagram (packet) là được gửi đến một host khác trên cùng một LAN hay đến một LAN khác. Các giá trị ngầm định của subnet mask: Class A: 11111111.00000000.00000000.00000000 Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng Class B: 11111111.11111111.00000000.00000000 Class C: 1111111.11111111. 11111111.00000000 Các subnet mask còn được viết dưới dạng thập phân như sau: Class A : 255.0.0.0 hay còn được viết tắt là /8 Class B: 255.255.0.0 hay còn được viết tắt là /16 Class C: 255.255.255.0 hay còn được viết tắt là /24 Hãy xét đến một địa chỉ IP class B, 139.12.0.0, với subnet mask là 255.255.0.0 (có thể viết là: 139.12.0.0/16, ở đây số 16 có nghĩa là 16 bits được dùng cho NetworkID). Một Network với địa chỉ thế này có Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng thể chứa 65,534 nodes hay computers (65,534 = 216 –2 . Đây là một con số quá lớn, trên mạng sẽ có đầy broadcast traffic. Ta có thể chia một mạng đầy đủ (classfull) thành nhiều mạng con để tiết kiệm các địa chỉ không dùng hết trên mạng này và giảm lượng thông tin trên mạng bằng cách mượn một số bit của phần host để tạo thành các mạng con. Giả sử chúng ta chia mạng này ra làm 4 mạng con. Công việc sẽ bao gồm ba bước: 1. Xác định Subnet mask mới cho các mạng con. 2. Liệt kê số hiệu của các mạng con mới 3. Xác định phạm vi địa chỉ IP của các host trong mỗi mạng con Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng Bước 1: Xác định subnet mask mới cho các mạng con Từ số mạng con cần chia (4) ta nhận thấy rằng cần phải mượn 2 bit từ phần host để tạo các mạng con. Vì 22 = 4. Do đó Subnet mask mới sẽ cần 16 (bits trước đây) +2 (bits mới) = 18 bits, nếu biểu diễn dưới dạng số nhị phân thì subnet mới sẽ là: 11111111.11111111.11000000.00000000 và nếu viết dưới dạng thập phân thì subnet mới sẽ là: 255.255.192.0 Địa chỉ IP mới sẽ là 139.12.0.0/18. Số hosts tối đa có trong mỗi subnet sẽ là: 214 –2 = 16,382. Và tổng số các hosts trong 4 subnets là: 16382 * 4 = 65,528 hosts. Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng Bước 2: Liệt kê số hiệu mạng con (subnet ID) của các mạng con mới. Trong địa chỉ IP mới (139.12.0.0/18) con số 18 nói đến việc ta dùng 18 bits, đếm từ bên trái, của 32 bit IP địa chỉ để biểu diễn địa chỉ IP của một subnet. Vì ta mượn 2 bits của phần host nên ta có thể tạo ra được 4 giá trị đó là: 00, 01, 10, 11. Lấy lần lượt các giá trị này để làm số hiệu mạng con cho các mạng con mới ta có: 1 10001011.00001100.00000000.00000000 hay 139.12.0.0/18 2 10001011.00001100.01000000.00000000 hay 139.12.64.0/18 3 10001011.00001100.10000000.00000000 hay 139.12.128.0/18 4 10001011.00001100.11000000.00000000 hay 139.12.192.0/18 Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng Bước 3: Xác định phạm vi địa chỉ IP của các host trong mỗi mạng con Vì các bit của host ID không thể đều bằng 0 hết hoặc đều bằng 1 hết nên ta có Phạm vi địa chỉ của host trong từng subnet như sau: Subnet 1: Từ 10001011.00001100.00000000.00000001 (139.12.0.1) đến 10001011.00001100.00111111.11111110 (139.12.63.254) Subnet 2: Từ 10001011.00001100.01000000.00000001 (139.12.64.1) đến 10001011.00001100.01111111.11111110 (139.12.127.254) Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý - Tin Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng Subnet 3: Từ 10001011.00001100.10000000.00000001 (139.12.128.1) đến 10001011.00001100.10111111.11111110 (139.12.191.254) Subnet 4: Từ 10001011.00001100.11000000.00000001 (139.12.192.1) đến 10001011.00001100.11111111.11111110 (139.12.255.254) Quá trình tính toán nói trên được mang tên là Variable Length Subnet Mask(VLSM).