Bài giảng Mạng máy tính - Chương 4: Giao thức TCP/IP - Địa chỉ IP - Phạm Tuấn Hiệp

Bài giảng Môn: MẠNG MÁY TÍNH Biên soạn: Phạm Tuấn Hiệp Tài liệu tham khảo:  www.google.com Chương 4 GIAO THỨC TCP/IP ĐỊA CHỈ IP Nội dung chính:  Sơ lược về giao thức TCP/IP  Tổng quan về địa chỉ IP  Chia mạng con Giao thức TCP/IP • Giao thức TCP/IP gắn liền với sự ra đời của Internet mà tiền thân là mạng ARPAnet (Advanced Research Projects Agency) do Bộ Quốc phòng Mỹ tạo ra. Đây là bộ giao thức được sử dụng rộng rãi nhất vì tính mở của nó • Hai giao thức được dùng chủ yếu ở đây là TCP (Transmission Control Protocol-Giao thức truyền điều khiển) và IP (Internet Protocol-Giao thức Internet). Giao thức TCP/IP • Một số giao thức thông dụng – DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): Giao Thức Cấu Hình Trạm Động – DNS (Domain Name System): Hệ Thống Tên Miền – SNMP (Simple Network Management Protocol): Giao Thức Quản Lý Mạng Đơn Giản – FTP (File Transfer Protocol): Giao Thức Truyền Tập Tin – TFTP (Trivial File Transfer Protocol): Giao Thức Truyền Tập Tin Bình Thường – SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Giao Thức Truyền Thư Đơn Giản – HTTP (Hypertext Transport Protocol): Giao thức truyền tệp siêu văn bản – ARP (Adress Resolution Protocol): Giao thức phân giải địa chỉ Địa chỉ IP • Địa chỉ IP là ký tự nhận dạng duy nhất để phân biệt các máy tính trong mạng • Địa chỉ IP hiện tại chúng ta đang sử dụng là IPv4 là một dãy số 32 kí tự nhị phân (32 bit) đươc chia làm 4 octec, mỗi octec chứa 8 bit như 11000000 (192) • Để chuyển giá trị nhị phân này sang thập phân chúng ta chỉ cần nhân số m với 2 mũ n với n là số thứ tự của m được tính từ phải qua trái với chiều tăng dần từ 0 đến 7 (m là 0 hoặc 1). Do đó 01011010 sẽ có giá trị thập phân là 0+64+0+16+8+0+2+0 Địa chỉ IP • Ngoài ra, địa chỉ IP còn được thể hiện dưới dạng số HEX như IP 192.168.10.1 có giá trị HEX là C0-A8-0A-01. • Sau đây là một số hướng dẫn về cách chuyển đổi từ số thập phân sang HEX – Chia từng số cho 16 – Chuẩn sang nhị phân, từ nhị phân chuyển sang hex • Địa chỉ Ip là định danh duy nhất cho một host bất kỳ trên mạng. Cách viết phổ biến nhất là dùng ký pháp thập phân có dấu chấm để tách giữa các octec (vùng) Địa chỉ IP • Địa chỉ IP bao gồm 2 phần là phần địa chỉ lớp mạng và phần địa chỉ host. • Có tất cả 5 lớp địa chỉ IP là A, B, C, D và E Địa chỉ IP • Lớp A sử dụng 8 bit đầu tiên dành cho địa chỉ mạng và 24 bit còn lại dành cho phần host. Điều này có nghĩa là trong một mạng lớp A có hơn 16 triệu host (2 mũ 24 trừ 2). Tất cả địa chỉ lớp A đều bắt đầu với 0xxxxxxx. Địa chỉ IP • Lớp B sử dụng 16 bit dành cho địa chỉ mạng và 16 bit còn lại cho host. Các địa chỉ lớp B có otect đầu tiên là 10xxxxxx Địa chỉ IP • Lớp C sử dụng 24 bit cho phần mạng và 8 bit còn lại cho phần host. Các địa chỉ lớp C có octec đầu tiên là 110xxxxx. Địa chỉ IP • Lớp D không dùng cho host mà được dùng cho các truyền thông multicast. Với octec đầu tiên là 1110xxxx • Lớp E được dùng cho mục đích nghiên cứu, không dùng cho host. Octect đầu tiên là 11110xxx Địa chỉ IP • Ngoài ra, có một số địa chỉ được dành riêng gọi là các private IP address thường được dùng để đánh các địa chỉ mạng nội bộ. Các địa chỉ private address tương ứng với từng lớp mạng là: – Class A: 10.0.0.0 đến 10.255.255.255 – Class B: 172.16.0.0 đến 172.31.255.255 – Class C: 192.168.0.0 đến 192.168.255.255 • Bên cạnh đó các địa chỉ thuộc dãy 127.0.0.0 to 127.255.255.255 như địa chỉ loopback (127.0.0.1) dùng cho việc kiểm tra hệ thống Địa chỉ IP • Cùng với địa chỉ IP thì subnet mask (mặt nạ mạng con) là thành phần không thể thiếu của một host. • Căn cứ vào subnet mask và thông qua phép toán AND (ANDing process) sẽ xác định được lớp mạng của một host. Ví dụ một máy tính có địa chỉ IP là 192.168.1.33/24 sẽ sử dụng 24 bit làm subnet mask (là 11111111. 11111111. 11111111.00000000) và khi sử dụng phép toán AND thì cho ra được địa chỉ mạng con là 192.168.1.0 (do x AND 1 = x). Mặc định lớp A sử dụng 8 bit là mặt nạ mạng con còn lớp B và C sử dụng 16 và 24 bit làm subnet mask. Địa chỉ IP • Subnet mask mặc định của từng lớp Subnet • Khi ta chia một Network ra thành nhiều Network nhỏ hơn, các Network nhỏ này được gọi là Subnet. • 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 thể chứa 65,534 nodes hay computers (65,534 = (2^16) –2 ). Đây là một con số quá lớn, trên mạng sẽ có đầy broadcast traffic. Subnet • Giả tỉ chúng ta chia cái Network (139.12.0.0/16) này ra làm bốn Subnet. Công việc sẽ bao gồm ba bước: 1. Xác định cái Subnet mask 2. Liệt kê ID của các Subnet mới 3. Cho biết IP address range của các HostID trong mỗi Subnet Subnet • Bước 1: Xác định Subnet mask - Để đếm cho đến 4 trong hệ thống nhị phân (cho 4 Subnet) ta cần 2 bits. Công thức tổng quát là: Y = 2^X mà Y = con số Subnets (= 4) X = số bits cần thêm (= 2) - Do đó cái Subnet mask sẽ cần 16 (bits trước đây) +2 (bits mới) = 18 bits - Địa chỉ IP mới sẽ là 139.12.0.0/18 (để ý con số 18 thay vì 16 như trước đây). Con số hosts tối đa có trong mỗi Subnet sẽ là: ((2^14) –2) = 16,382. Và tổng số các hosts trong 4 Subnets là: 16382 * 4 = 65,528 hosts. Subnet • Bước 2: Liệt kê ID của các Subnet 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 address để biểu diễn địa chỉ IP của một Subnet. Như thế NetworkID của bốn Subnets mới có là: Subnet • Bước 3: Cho biết IP address range của các HostID trong mỗi Subnet Vì Subnet ID đã dùng hết 18 bits nên số bits còn lại (32-18= 14) được dùng cho HostID. Host ID: tất cả mọi bits không thể đều là 0 hay 1. Bạn có để ý thấy trong mỗi Subnet, cái range của HostID từ con số nhỏ nhất (màu xanh) đến con số lớn nhất (màu cam) đều y hệt nhau Ví dụ Subnet • Một công ty có nhiều lớp mạng đặt ở vị trí khác nhau trong một tòa nhà, và chúng ta muốn chia 12 lớp mạng dựa trên cấu trúc IP đã xác định ban đầu là 10.0.0.0/8. • Đầu tiên ta xác định số bit sẽ muợn thêm của phần host để có thể dùng cho các lớp mạng. Trong trường hợp này chúng ta cần mượn thêm 4 bit (vì 12 là 1100 ở hệ nhị phân). Khi đó subnet mask sẽ là /12 hay 255.240.0.0 và số lớp mạng con sẽ là hoán vị của các bit xxxx trong dãy số sau 00001010.xxxx yyyy.yyyyyyyy.yyyyyyyy, và chúng ta sẽ xác định được các lớp mạng sau: Ví dụ Subnet Subnetwork Binary Address Decimal Address 01: 00001010.0000 0000.00000000.00000000 10.0.0.0 02: 00001010.0001 0000.00000000.00000000 10.16.0.0 03: 00001010.0010 0000.00000000.00000000 10.32.0.0 04: 00001010.0011 0000.00000000.00000000 10.48.0.0 05: 00001010.0100 0000.00000000.00000000 10.64.0.0 06: 00001010.0101 0000.00000000.00000000 10.80.0.0 07: 00001010.0110 0000.00000000.00000000 10.96.0.0 08: 00001010.0111 0000.00000000.00000000 10.112.0.0 09: 00001010.1000 0000.00000000.00000000 10.128.0.0 10: 00001010.1001 0000.00000000.00000000 10.144.0.0 11: 00001010.1010 0000.00000000.00000000 10.160.0.0 12: 00001010.1011 0000.00000000.00000000 10.176.0.0 13: 00001010.1100 0000.00000000.00000000 10.192.0.0 14: 00001010.1101 0000.00000000.00000000 10.208.0.0 15: 00001010.1110 0000.00000000.00000000 10.224.0.0 16: 00001010.1111 0000.00000000.00000000 10.240.0.0 Subnet • Giả tỉ IP address là 192.168.1.1 có thể cho một mạng gồm 4000 computers được không ? • Thay vì bắt đầu với Subnet mask, trước hết chúng ta tính xem mình cần bao nhiêu bits cho 4000 hosts. • Con số hosts ta có thể có trong một network được tính bằng công thức: Y = (2^X –2) Nhớ cái luật dùng cho Host ID là tất cả mọi bits không thể đều là 0 hay 1. 4094 = (2^12 –2) X = 12 , ta cần 12 bits cho HostIDs, do đó Subnet mask sẽ chiếm 20 (=32-12) bits. • Quá trình tính toán nói trên nầy mang tên là Variable Length Subnet Mask(VLSM). Superneting • Giả tỉ mạng của ta có 3 Subnets: – Accounting: gồm 200 hosts – Finance : gồm 400 hosts – Marketing: gồm 200 hosts • Bạn hòa mạng Internet và được Internet Service Provider (ISP) cho 4 Class C IP addresses như sau: – 192.250.9.0/24 – 192.250.10.0/24 – 192.250.11.0/24 – 192.250.12.0/24 • Bạn có 3 segments và bạn muốn mỗi segment chứa một Network. Bây giờ bạn làm sao? Superneting • Địa chỉ IP trong Class C với default subnet mask 24 cho ta con số Hosts tối đa trong mỗi Network là [(2^X) – 2] = (2^8) – 2 = 254. Như thế segments Accounting và Marketing không bị trở ngại nào cả. • Nhưng ta thấy Segment Finance cần thêm 1 bit mới đủ. Ta làm như sau: • Bước 1: Liệt kê Network IP addresses trong dạng nhị phân Superneting • Bước 2: Nhận diện network prefix notation – 23 bits đầu (từ trái qua phải) của 2 network IP address (2) and (3) đều giống nhau. – Nếu chúng ta thu Subnet mask từ 24 xuống 23 cho (2) và (3) ta sẽ có một Subnet có thể cung cấp 508 hosts. – IP address của mỗi segment trở thành: – Accounting: gồm 200 hosts: 192.250.9.0/24 Finance: gồm 400 hosts: 192.250.10.0/23 Marketing: gồm 200 hosts: 192.250.12.0/24 • Bây giờ IP address 192.250.11.0 trở thành một HostID tầm thường trong Subnet 192.250.10.0/23. • Quá trình ta làm vừa qua bằng cách bớt số bits trong Subnet mask khi gom hai hay bốn (v.v..) subnets lại với nhau để tăng con số HostID tối đa trong một Subnet, được gọi là SUPERNETTING.