Bài giảng Mạng máy tính - Chương 4: Giao thức tầng mạng (Network layer) - Trần Quang Diện

Chương 4.
Giao thức tầng mạng (network layer)
Quang Dieu Tran, PhD
Faculty of Information Technology
University of Communication and Transport (Branch in Ho Chi 
Minh City)
Email: dieutq@gmail.com
Website: sites.google.com/sites/tranlectures
Chương 4. Giao thức tầng mạng 2
Ch4. The Network Layer
4.1 - Giới thiệu và chức năng của tầng mạng.
4.2 - Network service model (VC and Datagram).
4.3 - Thiết bị tầng mạng - Bộ định tuyến (router).
4.4 - Giao thức IP (Internet Protocol).
4.5 - Giải thuật chọn đường (Routing Algorithms).
4.6 - Chọn đường trong mạng Internet.
Chương 4. Giao thức tầng mạng 3
Chức năng của tầng mạng
 Truyền các gói tin (packets) từ sending 
host tới receiving host.
 segment packets (datagrams).
 Network layer được cài đặt tại router 
và cả end system.
 Chức năng:
 chọn đường (path selection): có nhiều 
đường đi, gói tin sẽ đi theo đường nào?
 chuyển mạch (switching, forwarding): 
chuyển gói tin từ cổng vào tới cổng ra của 
router một cách thích hợp.
 thiết lập liên kết (call setup): một số kiến 
trúc mạng cần thiết lập kênh truyền trước 
khi truyền.
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
data link
physical
application
transport
network
data link
physical
Chương 4. Giao thức tầng mạng 4
Routing & switching in routers
1
23
0111
value in arriving
packet’s header
routing algorithm
local forwarding table
header value output link
0100
0101
0111
1001
3
2
2
1
Chương 4. Giao thức tầng mạng 5
Ch4. The Network Layer
4.1 - Giới thiệu và chức năng của tầng mạng.
4.2 - Network service model (VC and Datagram).
4.3 - Thiết bị tầng mạng - Bộ định tuyến (router).
4.4 - Giao thức IP (Internet Protocol).
4.5 - Giải thuật chọn đường (Routing Algorithms).
4.6 - Chọn đường trong mạng Internet.
Chương 4. Giao thức tầng mạng 6
Network service model
 Tầng mạng cung cấp dịch vụ cho tầng Transport:
 tin cậy vào tầng network?
các gói tin có đến đích đúng thứ tự đã gửi?
 thời gian truyền có được đảm bảo?
có phản hồi về tình trạng nghẽn mạng?
 Hai model cơ bản của tầng mạng:
kênh ảo (virtual circuit)
 lược đồ (gam) dữ liệu (datagram)
Chương 4. Giao thức tầng mạng 7
Virtual Circuit
 Thiết lập liên kết trước khi truyền dữ liệu và huỷ bỏ liên 
kết sau khi truyền xong.
 VC setup: trước khi truyền, tầng mạng phải thiết lập một kênh 
truyền ảo (VC) từ sender tới receiver (đã biết địa chỉ).
 Data transfer: dữ liệu được truyền qua VC.
 VC teardown: một khi sender hoặc receiver muốn ngắt VC, nó 
thông báo cho network layer biết, network layer sẽ huỷ bỏ VC.
 Còn được gọi là connection-oriented
 Mỗi gói tin chứa thêm thông tin về kênh mà nó sẽ đi qua 
(VC identifier number).
 Các routers/packet switches trên kênh ảo (VC) luôn nắm 
giữ trạng thái của kênh đi qua nó.
Chương 4. Giao thức tầng mạng 8
Virtual Circuit: Signaling protocol
 Giao thức truyền các thông điệp giữa end system và 
network layer để yêu cầu thiết lập, huỷ bỏ VC; giữa các 
thiết bị chuyển mạch (switches) để thiết lập VC.
 Được sử dụng trong mạng ATM, Frame Relay, X.25.
application
transport
network
data link
physical
application
transport
network
data link
physical
1. Initiate call 2. incoming call
3. Accept call4. Call connected
5. Data flow begins 6. Receive data
Chương 4. Giao thức tầng mạng 9
Sự khác biệt giữa liên kết tại tầng Transport và Network?
host A server B
application
transport
network
data link
physical
application
transport
network
data link
physical
application
transport
network
data link
physical
application
transport
network
data link
physical
Chương 4. Giao thức tầng mạng 10
Datagram network
 Không thiết lập kênh truyền.
 Các thiết bị chuyển mạch không cần nắm giữ trạng thái các 
kênh.
 Gói tin được truyền dựa trên địa chỉ của receiving host.
 Đường đi của các gói tin giữa hai host có thể khác nhau.
application
transport
network
data link
physical
application
transport
network
data link
physical
1. Send data 2. Receive data
Chương 4. Giao thức tầng mạng 11
Network taxonomy (review)
circuit-switched
networks
(vd. telephone)
communication 
networks
switched
networks
broadcast
networks
(vd. Radio, 
Broadcast TV)
packet-switched
networks
datagram
networks
(vd. Internet)
virtual circuit-
switched
networks
(vd. ATM)
FDM TDM
Chương 4. Giao thức tầng mạng 12
Datagram or VC network: why?
Internet
 Mạng máy tính:
 dịch vụ nhạy cảm.
 không giới hạn thời gian.
 Các hệ thống cuối “thông minh” 
(computer):
 có khả năng thích nghi, kiểm 
soát, khôi phục lỗi.
 kiến trúc bên trong mạng đơn 
giản nhưng kết nối các mạng 
phức tạp.
 Nhiều dạng liên kết mạng dẫn đến 
một dịch vụ thuần nhất (kênh) là 
không thích hợp.
ATM
 Mạng điện thoại (chuyển mạch kênh).
 Tương tác người-người đòi hỏi: 
 thời gian truyền.
 độ tin cậy.
 dịch vụ phải được đảm bảo.
 Các thiết bị cuối đơn giản, dường như 
cố định:
 điện thoại.
 mức độ phức tạp nằm bên trong 
mạng.
Chương 4. Giao thức tầng mạng 13
Ch4. The Network Layer
4.1 - Giới thiệu và chức năng của tầng mạng.
4.2 - Network service model (VC and Datagram).
4.3 - Thiết bị tầng mạng - Bộ định tuyến (router).
4.4 - Giao thức IP (Internet Protocol).
4.5 - Giải thuật chọn đường (Routing Algorithms).
4.6 - Chọn đường trong mạng Internet.
Chương 4. Giao thức tầng mạng 14
Bộ định tuyến – router
 Thực thi các giải thuật chọn đường (routing algorithms).
 Chuyển tiếp (forwarding) các gói tin từ cổng vào tới cổng 
ra thích hợp.
Chương 4. Giao thức tầng mạng 15
Input ports
Decentralized switching:
 sử dụng forwarding table có trong input 
port memory để tra cứu output port
 queuing: nếu các gam dữ liệu 
(datagram) đến nhanh quá, cần phải xếp 
hàng chờ xử lý.
Physical layer:
bit-level reception
Data link layer:
e.g., Ethernet
Chương 4. Giao thức tầng mạng 16
Các cơ cấu chuyển mạch (switching fabrics)
Chương 4. Giao thức tầng mạng 17
Output ports
 Buffering: khi datagram được gửi ra nhanh hơn tốc độ xử 
lý, cần đưa vào bộ đệm.
 Scheduling discipline: cơ chế lựa chọn datagram từ bộ đệm 
để tiếp tục gửi đi.
Chương 4. Giao thức tầng mạng 18
Ch4. The Network Layer
4.1 - Giới thiệu và chức năng của tầng mạng.
4.2 - Network service model (VC and Datagram).
4.3 - Thiết bị tầng mạng - Bộ định tuyến (router).
4.4 - Giao thức IP (Internet Protocol).
4.5 - Giải thuật chọn đường (Routing Algorithms).
4.6 - Chọn đường trong mạng Internet.
Chương 4. Giao thức tầng mạng 20
IP datagram format
ver length
32 bits
data 
(variable length,
typically a TCP 
or UDP segment)
16-bit identifier
Internet
checksum
time to
live
32 bit source IP address
IP protocol version
number
header length
(bytes)
max number
remaining hops
(decremented at 
each router)
for
fragmentation/
reassembly
total datagram
length (bytes)
upper layer protocol
to deliver payload to
6 = TCP; 17 = UDP
head.
len
type of
service
“type” of data 
flgs
fragment
offset
upper
layer
32 bit destination IP address
Options (if any) E.g. timestamp,
record route
taken, specify
list of routers 
to visit.
Chương 4. Giao thức tầng mạng 21
IP datagram - example
Receiver’s MAC address
Sender’s MAC address
Type of upper layer’s protocol
( 0x0800 = IP )
Chương 4. Giao thức tầng mạng 22
IP’s HeaderIP version: 4
Header length: 20 bytes
TOS
Total length: 
72 bytes
Id
Flags & Fragment’s offset
TTL Transport’s protocol: UDP Checksum Source’s IP: 192.168.1.10
Chương 4. Giao thức tầng mạng 23
IP’s Header
Dest’s IP: 203.162.4.190
Chương 4. Giao thức tầng mạng 24
Phân tích gói tin tầng Internet - Transport
 Địa chỉ MAC của sender & receiver ?
 Địa chỉ IP của sender và receiver ?
 Độ dài tổng của IP datagram ?
 TTL của IP datagram?
 Source’s IP, destination’s IP ?
 Giao thức sử dụng ở tầng Application ?
What are your 
answers ?
Chương 4. Giao thức tầng mạng 25
IP Fragmentation & Reassembly
 Fragmentation: gam dữ liệu 
(datagram) lớn được chia 
thành nhiều gam dữ liệu 
nhỏ.
 Do mỗi đường truyền giữa 
các nút (link) có tốc độ giới 
hạn, chỉ cho phép truyền đơn 
vị dữ liệu có kích thước tối đa 
là MTU (Max Transfer Unit)
 Reassembly: Các gam dữ 
liệu nhỏ được hợp nhất 
thành gam dữ liệu lớn 
(ngược lại) tại điểm đến 
cuối cùng
fragmentation: 
in: one large datagram
out: 3 smaller datagrams
reassembly
Chương 4. Giao thức tầng mạng 26
ID
=x
offset
=0
fragflag
=0
length
=4000
ID
=x
offset
=0
fragflag
=1
length
=1500
ID
=x
offset
=185
fragflag
=1
length
=1500
ID
=x
offset
=370
fragflag
=0
length
=1040
gam dữ liệu lớn được chia thành 
nhiều gam dữ liệu nhỏ hơn
Example
 4000 byte datagram
 MTU = 1500 bytes
1480 bytes in 
data field
offset =
1480/8 
Chương 4. Giao thức tầng mạng 27
IPv4 Addressing: introduction
 IP address: Số 32-bit định danh giao diện mạng (interface).
 Interface (NIC - Network Interface Card): giao diện kết nối mạng 
từ nút mạng tới mạng.
 host interface: mỗi máy tính thường có một NIC, cho phép nối vào một đường 
liên kết.
 router interface: router thường có nhiều giao diện mạng.
223.1.1.1
223.1.1.2
223.1.1.3
223.1.1.4 223.1.2.9
223.1.2.2
223.1.2.1
223.1.3.2223.1.3.1
223.1.3.27
223.1.1.1 = 11011111 00000001 00000001 00000001
223 1 11
32-bit = 4 số 8-bit dạng thập phân dễ nhớ:
Chương 4. Giao thức tầng mạng 28bangtqh@utc2.edu.vn
Mạng & mạng con (subnet)
 Internet = network of networks.
 Địa chỉ IP bao gồm 2 phần:
 Các bit cao dành cho network.
 Các bit thấp dành cho host.
 Network:
 Mạng tạo bởi các interface có 
phần network trong IP addr 
giống nhau.
 Các host cùng network có thể 
trao đổi dữ liệu không cần 
thông qua router.
223.1.1.1
223.1.1.2
223.1.1.3
223.1.1.4 223.1.2.9
223.1.2.2
223.1.2.1
223.1.3.2223.1.3.1
223.1.3.27
network = 3 IP networks
LAN
Chương 4. Giao thức tầng mạng 29
IP addressing: Class-full
Chương 4. Giao thức tầng mạng 30
Subnet
 Đôi khi cần chia nhỏ một mạng thành các mạng 
nhỏ hơn (subnet)
 Ví dụ:
Chương 4. Giao thức tầng mạng 31
Subnet mask
 Một interface trong mạng cần có:
 IP address
 Mặt nạ mạng con (subnet mask):
 Là một số 32 bit bao gồm các bit cao = 1 và các bit thấp = 0. Các bit 1 
quy định subnet, các bit 0 quy định địa chỉ host.
 từ subnet mask có thể xác định ranh giới giữa địa chỉ mạng và địa chỉ của 
interface (host).
 Ví dụ: Subnet gồm các host 192.168.10.x, một host có thể 
có thông số như sau:
 IP = 192.168.10.1
 SM = 255.255.255.0 
(111111111.11111111.11111111.00000000)
 Kiểm tra xem hai IP có cùng một subnet không?
 (IP1 XOR IP2) AND SM = 0?
Chương 4. Giao thức tầng mạng 32
Network addr, Broadcast và loopback
 Để ám chỉ một mạng, thay địa chỉ host bằng các bit 
0, ví dụ: 192.168.10.0
 Broadcast:
Địa chỉ host thay bằng các bit 1, vd: 192.168.10.255
Các gói tin có ip đích dạng broadcast sẽ được gửi cho 
mọi host trong mạng.
 Loopback ip: 127.x.x.x
các gói tin được coi như được gửi tới từ nút khác.
 thường dùng 127.0.0.1
Chương 4. Giao thức tầng mạng 33
IP addressing: CIDR
 Class-full addressing: sự phân lớp cứng nhắc, 
không còn thích hợp nữa.
 CIDR (Classless InterDomain Routing):
Vị trí ngăn cách giữa net addr và host addr tuỳ ý.
addr format: a.b.c.d/x, với x là số lượng bit dành cho net 
addr.
11001000 00010111 00010000 00000000
network
part
host
part
200.23.16.0/23
Chương 4. Giao thức tầng mạng 34
IP addresses: how to get one?
 Làm thế nào để có địa chỉ IP cho host?
 Người quản trị hệ thống thiết lập (TCP/IP properties trong 
Windows 2000/XP).
 RARP (Reverse Address Resolution Protocol): 
 RARP server cung cấp IP cho client dựa trên bảng cấu hình sẵn có (từ địa 
chỉ vật lý (MAC) IP).
 BOOTP (BOOTstrap Protocol):
 BOOTP server cung cấp IP cho client dựa trên bảng cấu hình sẵn có.
 DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): 
 Giao thức cấp phát địa chỉ IP động.
 DHCP server phụ trách việc cấp phát/thu hồi IP cho/từ các DHCP client. 
Client có thể nhận IP khác nhau tuỳ thời điểm kết nối.
Chương 4. Giao thức tầng mạng 35
Phân cấp địa chỉ Internet - ISP
“Send me anything
with addresses 
beginning 
200.23.16.0/20”
200.23.16.0/23
200.23.18.0/23
200.23.30.0/23
Fly-By-Night-ISP
Organization 0
Organization 7
Internet
Organization 1
ISPs-R-Us
“Send me anything
with addresses 
beginning 
199.31.0.0/16”
200.23.20.0/23
Organization 2
.
.
.
.
.
.
ISP's block 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/20 
Organization 0 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/23 
Organization 1 11001000 00010111 00010010 00000000 200.23.18.0/23 
Organization 2 11001000 00010111 00010100 00000000 200.23.20.0/23 
... .. . .
Organization 7 11001000 00010111 00011110 00000000 200.23.30.0/23
ICANN: Internet
Corporation for 
Assigned Names 
and Numbers
Chương 4. Giao thức tầng mạng 36
NAT: Network Address Translation
10.0.0.1
10.0.0.2
10.0.0.3
10.0.0.4
138.76.29.7
local network
(e.g., home network)
10.0.0/24
rest of
Internet
Datagrams with source or 
destination in this network
have 10.0.0/24 address for 
source, destination (as usual)
All datagrams leaving local
network have same single source 
NAT IP address: 138.76.29.7,
different source port numbers
Chương 4. Giao thức tầng mạng 37
NAT: Network Address Translation (cont)
 Một LAN chỉ sử dụng một IP duy nhất khi giao 
tiếp với mạng ngoài.
 Từ đó:
Không cần tìm dải IP từ ISP để cấp phát cho các thiết bị 
mạng trong (máy trạm) vì chỉ dùng 1 IP.
Thay đổi IP của máy trạm nội bộ mà không ảnh hưởng 
tới mạng ngoài.
Thay đổi ISP mà không cần thay đổi địa chỉ các thiết bị 
mạng trong.
Các thiết bị mạng trong không “nhìn thấy” được từ 
mạng ngoài.
Chương 4. Giao thức tầng mạng 38
NAT: Implementation
NAT router:
 outgoing datagrams: replace (source IP address, port #) of every 
outgoing datagram to (NAT IP address, new port #)
. . . remote clients/servers will respond using (NAT IP address, new 
port #) as destination addr.
 remember (in NAT translation table) every (source IP address, port 
#) to (NAT IP address, new port #) translation pair
 incoming datagrams: replace (NAT IP address, new port #) in dest 
fields of every incoming datagram with corresponding (source IP 
address, port #) stored in NAT table
Chương 4. Giao thức tầng mạng 39
NAT example
10.0.0.1
10.0.0.2
10.0.0.3
S: 10.0.0.1, 3345
D: 128.119.40.186, 80
1
10.0.0.4
138.76.29.7
1: host 10.0.0.1 
sends datagram to 
128.119.40, 80
NAT translation table
WAN side addr LAN side addr
138.76.29.7, 5001 10.0.0.1, 3345
S: 128.119.40.186, 80 
D: 10.0.0.1, 3345 4
S: 138.76.29.7, 5001
D: 128.119.40.186, 802
2: NAT router
changes datagram
source addr from
10.0.0.1, 3345 to
138.76.29.7, 5001,
updates table
S: 128.119.40.186, 80 
D: 138.76.29.7, 5001 3
3: Reply arrives
dest. address:
138.76.29.7, 5001
4: NAT router
changes datagram
dest addr from
138.76.29.7, 5001 to 10.0.0.1, 3345
Chươ ... routers.
 “distance vector” algorithms
Tĩnh hay động?
Tĩnh: 
 đường đi ít thay đổi
Động: 
 đường đi thay đổi 
thường xuyên
 các thông tin dẫn 
đường được cập 
nhật định kỳ.
 link cost thay đổi.
Chương 4. Giao thức tầng mạng 52
A Link-State Routing Algorithm
 Giải thuật Dijkstra:
 tất cả các nút mạng có thông tin như nhau về các liên kết của toàn 
bộ mạng.
 cho phép tìm đường đi từ một nút tới tất cả các nút còn lại.
 Ký hiệu:
c(i,j): chi phí phải trả để đi từ i tới j (trực tiếp)
D(v): giá trị hiện tại của chi phí phải trả để đi từ đỉnh xuất phát 
tới đỉnh v.
p(v): đỉnh trước đỉnh v trên đường đi ngắn nhất
N: tập hợp đỉnh mà đường đi ngắn nhất đã được xác định.
Chương 4. Giao thức tầng mạng 53
Dijsktra’s Algorithm
1 Initialization:
2 N = {A} 
3 for all nodes v 
4 if v kề với A 
5 then D(v) = c(A,v) 
6 else D(v) = ∞
7 
8 Loop
9 Tìm w không thuộc N sao cho D(w) nhỏ nhất
10 N = N + w 
11 for all v kề với w và không thuộc N: 
12 D(v) = min( D(v), D(w) + c(w,v) ) 
13 until tất cả nút thuộc N
Chương 4. Giao thức tầng mạng 54
Dijkstra’s algorithm: example
Step
0
1
2
3
4
5
N
A
AD
ADE
ADEB
ADEBC
ADEBCF
D(B),p(B)
2,A
2,A
2,A
D(C),p(C)
5,A
4,D
3,E
3,E
D(D),p(D)
1,A
D(E),p(E)
∞
2,D
D(F),p(F)
∞
∞
4,E
4,E
4,E
A
ED
CB
F
2
2
1
3
1
1
2
5
3
5
Chương 4. Giao thức tầng mạng 55
Distance Vector Routing Algorithm
Distance Table data structure
 mỗi nút mạng có một bảng khoảng cách.
 hàng dành cho các đích có thể đến được.
 cột dành cho các nút có thể đến trực tiếp (hàng xóm)
 Ví dụ: tại nút X, với đích Y đến qua nút Z:
D (Y,Z)
X
chi phí cho đường đi (X Z  Y)
Z là nút kế tiếp cần đi tới
c(X,Z) + min {D (Y,w)}
Z
w
=
=
Chương 4. Giao thức tầng mạng 56
Distance Table: example
A
E D
CB
7
8
1
2
1
2
D ()
A
B
C
D
A
1
7
6
4
B
14
8
9
11
D
5
5
4
2
E
cost to destination via
D (C,D)
E
c(E,D) + min {D (C,w)}
D
w
=
= 2+2 = 4
D (A,D)
E
c(E,D) + min {D (A,w)}
D
w
=
= 2+3 = 5
D (A,B)
E
c(E,B) + min {D (A,w)}
B
w
=
= 8+6 = 14
loop!
loop!
Chương 4. Giao thức tầng mạng 57
Distance table routing table
D ()
A
B
C
D
A
1
7
6
4
B
14
8
9
11
D
5
5
4
2
E
cost to destination via
A
B
C
D
A,1
D,5
D,4
D,4
Outgoing link 
to use, cost
Distance table Routing table
Chương 4. Giao thức tầng mạng 58
DV Algorithm: Initialization
1 Initialization: 
2 for all adjacent nodes v: 
3 D (*,v) = infinity /* the * operator means "for all rows" */ 
4 D (v,v) = c(X,v) 
5 for all destinations, y 
6 send min D (y,w) to each neighbor /* w over all X's neighbors */
X
X
X
w
At all nodes, X:
Chương 4. Giao thức tầng mạng 59
DV Algorithm: Loop
8 loop
9 wait (until I see a link cost change to neighbor V 
10 or until I receive update from neighbor V) 
11 
12 if (c(X,V) changes by d) 
13 /* change cost to all dest's via neighbor v by d */
14 /* note: d could be positive or negative */ 
15 for all destinations y: D (y,V) = D (y,V) + d 
16 
17 else if (update received from V wrt destination Y) 
18 /* shortest path from V to some Y has changed */
19 /* V has sent a new value for its min DV(Y,w) */ 
20 /* call this received new value is "newval" */ 
21 for the single destination y: D (Y,V) = c(X,V) + newval
22 
23 if we have a new min D (Y,w)for any destination Y 
24 send new value of min D (Y,w) to all neighbors
26 forever
w
XX
X
X
X
w
w
Chương 4. Giao thức tầng mạng 60
DV Algorithm: example
X Z
12
7
Y
D (Y,Z)
X
c(X,Z) + min {D (Y,w)}
w=
= 7+1 = 8
Z
D (Z,Y)
X
c(X,Y) + min {D (Z,w)}
w=
= 2+1 = 3
Y
Chương 4. Giao thức tầng mạng 61
DV Algorithm: example
X Z
12
7
Y
Chương 4. Giao thức tầng mạng 62
Một vài so sánh (LS và DV)
Link-State
 Cần nắm được thông tin toàn 
bộ mạng
 n nút, E links, nE msgs được 
gửi mỗi lần
 O(n2), nE msgs
 Mỗi nút chỉ tính toán bảng dẫn 
đường cho riêng mình.
Distance Vector
 Chỉ nắm giữ thông tin liên 
quan tới các nút “hàng xóm”
 msgs chỉ được gửi cho các nút 
“hàng xóm”.
 tốc độ hội tụ có thể khác nhau 
tuỳ từng tình huống, đôi khi rơi 
vào trạng thái lặp vô hạn.
 Thông tin dẫn đường của nút 
này được sử dụng bởi nút khác.
 Một nút gặp sự cố có thể gây ảnh 
hưởng tới các nút khác.
Chương 4. Giao thức tầng mạng 63
Hierarchical Routing
Dẫn đường theo từng mức mạng, do:
Quy mô mạng Internet là rất lớn:
một nút không thể chứa tất cả các bản ghi cho mọi đích!
việc cập nhật bảng dẫn đường tốn kém!
Nhu cầu mạng tự trị
Internet = network of networks
người quản trị mạng muốn điều khiển việc dẫn đường 
(routing) trong mạng họ quản lý.
Chương 4. Giao thức tầng mạng 64bangtqh@utc2.edu.vn
Hierarchical Routing (cont)
 Phân vùng routers, tạo thành các “autonomous systems” 
(AS)
 routers trong cùng AS sử dụng chung giao thức tìm đường, 
gọi là “intra-AS” routing protocol.
 routers tại các AS khác nhau có thể sử dụng intra-AS routing 
protocol khác nhau.
 Gateway router:
 router đặc biệt trong AS
 sử dụng intra-AS routing protocol với các routers khác trong AS
sử dụng inter-AS routing protocol với các gateway 
routers khác.
Chương 4. Giao thức tầng mạng 65
Hierarchical Routing (cont)
Gateways:
•perform inter-AS 
routing amongst 
themselves
•perform intra-AS 
routers with other 
routers in their 
AS
inter-AS, intra-AS 
routing in 
gateway A.c
network layer
link layer
physical layer
a
b
b
a
aC
A
B
d
A.a
A.c
C.b
B.a
c
b
c
Chương 4. Giao thức tầng mạng 66
Hierarchical Routing (cont)
Host 
h2
a
b
b
a
aC
A
B
d c
A.a
A.c
C.b
B.a
c
b
Host
h1
Intra-AS routing
within AS A
Inter-AS
routing
between 
A and B
Intra-AS routing
within AS B
Chương 4. Giao thức tầng mạng 67
Ch4. The Network Layer
4.1 - Giới thiệu và chức năng của tầng mạng.
4.2 - Network service model (VC and Datagram).
4.3 - Thiết bị tầng mạng - Bộ định tuyến (router).
4.4 - Giao thức IP (Internet Protocol).
4.5 - Giải thuật chọn đường (Routing Algorithms).
4.6 - Chọn đường trong mạng Internet.
Chương 4. Giao thức tầng mạng 68
Routing in the Internet
 Internet = nhiều Autonomous Systems (AS) :
Stub AS: các công ty nhỏ: một kết nối với AS khác.
Multihomed AS: công ty lớn: nhiều liên kết tới AS 
khác.
Transit AS: nhà cung cấp (móc nối các AS với nhau).
 Two-level routing: 
Intra-AS: người quản trị có quyền chọn giải thuật cho 
riêng mạng của mình
Inter-AS: giải thuật duy nhất (inter-AS routing: BGP)
Chương 4. Giao thức tầng mạng 69
Internet AS Hierarchy
Inter-AS border (exterior gateway) routers
Intra-AS interior (gateway) routers
Chương 4. Giao thức tầng mạng 70
Intra-AS Routing
 Tên gọi khác: Interior Gateway Protocols (IGP)
 Các giao thức chính:
RIP: Routing Information Protocol
OSPF: Open Shortest Path First
IGRP: Interior Gateway Routing Protocol (Cisco 
proprietary)
Chương 4. Giao thức tầng mạng 71
RIP ( Routing Information Protocol)
 Sử dụng Distance vector algorithm
 Included in BSD-UNIX Distribution in 1982
 Đơn vị đo khoảng cách: số lượng chặng (hop, tối đa = 15 hops)
 Routing table được trao đổi 30 giây một lần thông qua RIP response 
msg (RIP advertisement), mỗi msg chứa tối đa 25 bản ghi.
 v1: RFC 1058; v2: RFC 1723 
DC
BA
u v
w
x
y
z
destination hops
u 1
v 2
w 2
x 3
y 3
z 2
Chương 4. Giao thức tầng mạng 72
RIP: Example
Destination Network Next Router Num. of hops to dest.
w A 2
y B 2
z B 7
x -- 1
. . ....
w x y
z
A
C
D B
Routing table in D
Chương 4. Giao thức tầng mạng 73
RIP Table processing
 RIP routing tables managed by application-level
process called route-d (daemon)
 advertisements được gửi định kỳ, qua UDP 
packets.
Chương 4. Giao thức tầng mạng 74
RIP Table example
 Three attached class C networks (LANs)
 Router only knows routes to attached LANs
 Default router used to “go up”
 Route multicast address: 224.0.0.0
 Loopback interface (for debugging)
Destination Gateway Flags Ref Use Interface 
-------------------- -------------------- ----- ----- ------ ---------
127.0.0.1 127.0.0.1 UH 0 26492 lo0 
192.168.2. 192.168.2.5 U 2 13 fa0 
193.55.114. 193.55.114.6 U 3 58503 le0 
192.168.3. 192.168.3.5 U 2 25 qaa0 
224.0.0.0 193.55.114.6 U 3 0 le0 
default 193.55.114.129 UG 0 143454 
Chương 4. Giao thức tầng mạng 75
OSPF (Open Shortest Path First)
 “open”: publicly available; RFC 2178
 Uses Link State algorithm 
 LS packet dissemination
 Topology map at each node
 Route computation using Dijkstra’s algorithm
 OSPF advertisement carries one entry per neighbor router
 Advertisements disseminated to entire AS (via flooding)
 Carried in OSPF messages directly over IP (rather than TCP or 
UDP
Chương 4. Giao thức tầng mạng 76
OSPF “advanced” features (not in RIP)
 Security: các OSPF msgs đều chứa thông tin chứng thực 
(authenticated).
 Multiple same-cost paths: Cho phép truyền tin theo nhiều 
đường có cùng chi phí với cùng một phiên truyền tin.
 Diff. cost metrics for diff. TOS: Cho phép nhiều đơn vị đo 
khác nhau cho từng loại dịch vụ (e.g., satellite link cost set 
“low” for best effort; high for real time)
 Integrated unicast and multicast support: 
Multicast OSPF (MOSPF) uses same topology data 
base as OSPF
 Hierarchical OSPF in large domains.
Chương 4. Giao thức tầng mạng 77
Hierarchical OSPF
 Two-level hierarchy: local area, backbone.
 Link-state advertisements only in area 
 each nodes has detailed area topology; only know direction 
(shortest path) to nets in other areas.
 Area border routers: “summarize” distances to nets in own area, 
advertise to other Area Border routers.
 Backbone routers: run OSPF routing limited to backbone.
 Boundary routers: connect to other AS’s.
Chương 4. Giao thức tầng mạng 78
Internet inter-AS routing: BGP
 BGP (Border Gateway Protocol): RFC 1771; RFC 
1772; RFC 1773
AS2
(OSPF
intra-AS
routing)
AS1
(RIP intra-AS
routing) BGP
AS3
(OSPF intra-AS
routing)
BGP
R1 R2
R3
R4
R5
Chương 4. Giao thức tầng mạng 79
 Card mạng (Network Interface Card - NIC) 
 Modem
 Repeater (Bộ chuyển tiếp)
 Hub (Bộ tập trung)
 Bridge (Cầu nối)
 Switch (Bộ chuyển mạch)
 Router (Bộ định tuyến)
 Gateway (Cổng nối)
79
Các thiết bị liên kết mạng
Chương 4. Giao thức tầng mạng 80
Biểu diễn của các thiết bị mạng trong sơ đồ mạng
80
Chương 4. Giao thức tầng mạng 81
Card mạng
 Kết nối giữa máy tính và cáp mạng để phát hoặc 
nhận dữ liệu với các máy tính khác thông qua 
mạng.
 Kiểm soát luồng dữ liệu giữa máy tính và hệ thống 
cáp.
 Mỗi NIC (Network Interface Adapter Card) có 
một mã duy nhất gọi là địa chỉ MAC (Media 
Access Control). MAC address có 6 byte, 3 byte 
đầu là mã số nhà sản xuất, 3 byte sau là số serial 
của card.
81
Chương 4. Giao thức tầng mạng 82
Card mạng (tt)
82
Chương 4. Giao thức tầng mạng 83
Modem
 Là tên viết tắt của hai từ điều chế (MOdulation) và 
giải điều chế (DEModulation).
 Điều chế tín hiệu số (Digital) sang tín hiệu tương tự 
(Analog) để gởi theo đường điện thoại và ngược 
lại.
 Có 2 loại là Internal và External.
83
Chương 4. Giao thức tầng mạng 84
Modem
84
Chương 4. Giao thức tầng mạng 85
Repeater (bộ chuyển tiếp)
 Khuếch đại, phục hồi các tín hiệu đã bị suy thoái do 
tổn thất năng lượng trong khi truyền.
 Cho phép mở rộng mạng vượt xa chiều dài giới hạn 
của một môi trường truyền.
 Chỉ được dùng nối hai mạng có cùng giao thức 
truyền thông.
 Hoạt động ở lớp Physical.
85
Chương 4. Giao thức tầng mạng 86
Repeater (bộ chuyển tiếp)
86
Chương 4. Giao thức tầng mạng 87
Hub (bộ tập trung)
 Chức năng như Repeater nhưng mở rộng hơn với nhiều 
đầu cắm các đầu cáp mạng.
 Tạo ra điểm kết nối tập trung để nối mạng theo kiểu hình 
sao.
 Tín hiệu được phân phối đến tất cả các kết nối.
 Có 3 loại Hub: thụ động, chủ động, thông minh.
87
Chương 4. Giao thức tầng mạng 88
Hub (bộ tập trung)
 Hub thụ động (Passive Hub): chỉ đảm bảo chức năng 
kết nối, không xử lý lại tín hiệu.
 Hub chủ động (Active Hub): có khả năng khuếch đại 
tín hiệu để chống suy hao.
 Hub thông minh (Intelligent Hub): là Hub chủ động 
nhưng có thêm khả năng tạo ra các gói tin thông báo 
hoạt động của mình giúp cho việc quản trị mạng dễ 
dàng hơn.
88
Chương 4. Giao thức tầng mạng 89
Hub (bộ tập trung)
89
Chương 4. Giao thức tầng mạng 90
Bridge (cầu nối)
 Dùng để nối 2 mạng có giao thức giống hoặc khác 
nhau.
 Chia mạng thành nhiều phân đoạn nhằm giảm lưu 
lượng trên mạng.
 Hoạt động ở lớp Data Link với 2 chức năng chính 
là lọc và chuyển vận.
 Dựa trên bảng địa chỉ MAC lưu trữ, Brigde kiểm 
tra các gói tin và xử lý chúng trước khi có quyết 
định chuyển đi hay không.
90
Chương 4. Giao thức tầng mạng 91
Bridge (cầu nối)
91
Hub Hub
Bridge
Chương 4. Giao thức tầng mạng 92
Switch (bộ chuyển mạch)
 Là thiết bị giống Bridge và Hub cộng lại 
nhưng thông minh hơn.
 Có khả năng chỉ chuyển dữ liệu đến đúng 
kết nối thực sự cần dữ liệu này làm giảm 
đụng độ trên mạng.
 Dùng để phân đoạn mạng trong các mạng 
cục bộ lớn (VLAN).
 Hoạt động ở lớp Data Link.
92
Chương 4. Giao thức tầng mạng 93
Switch (bộ chuyển mạch)
93
Chương 4. Giao thức tầng mạng 94
Switch (bộ chuyển mạch)
94
Chương 4. Giao thức tầng mạng 95
Router (Bộ định tuyến)
 Dùng để ghép nối các mạng cục bộ lại với nhau 
thành mạng rộng.
 Lựa chọn đường đi tốt nhất cho các gói tin hướng 
ra mạng bên ngoài.
 Hoạt động chủ yếu ở lớp Network.
 Có 2 phương thức định tuyến chính:
 Định tuyến tĩnh: cấu hình các đường cố định và cài đặt 
các đường đi này vào bảng định tuyến.
 Định tuyến động:
 Vectơ khoảng cách: RIP, IGRP, EIGRP, BGP
 Trạng thái đường liên kết: OSPF
95
Chương 4. Giao thức tầng mạng 96
Router (Bộ định tuyến)
96
Chương 4. Giao thức tầng mạng 97
Gateway (Proxy - cổng nối)
 Thường dùng để kết nối các mạng 
không thuần nhất, chủ yếu là mạng 
LAN với mạng lớn bên ngoài chứ 
không dùng kết nối LAN – LAN.
 Kiểm soát luồng dữ liệu ra vào mạng.
 Hoạt động phức tạp và chậm hơn 
Router.
 Hoạt động từ tầng thứ 4 7
97
Chương 4. Giao thức tầng mạng 98
Phương tiện truyền dẫn
 Cáp đồng trục
 Cáp xoắn đôi
 Cáp quang
 Wireless
98
Chương 4. Giao thức tầng mạng 99
Cáp đồng trục (coaxial)
 Cấu tạo
 Phân loại
 Thinnet/Thicknet
 Baseband/ Broadband
 Thông số kỹ thuật
 Chiều dài cáp
 Tốc độ truyền
 Nhiễu
 Lắp đặt/bảo trì
 Giá thành
 Kết nối
99
Chương 4. Giao thức tầng mạng 100
Cáp đôi dây xoắn
Unshielded Twisted Pair (UTP) Cable
100
Chương 4. Giao thức tầng mạng 101
Cáp đôi dây xoắn 
Shielded Twisted Pair (STP) Cable
101
Chương 4. Giao thức tầng mạng 102
Chuẩn cáp 568A & 568B
Giới thiệu 102
Chương 4. Giao thức tầng mạng 103
Phương thức bấm Cáp
Giới thiệu 103
Chương 4. Giao thức tầng mạng 104
Cáp quang (Fiber optic)
 Thành phần & cấu tạo
 Dây dẫn
 Nguồn sáng (LED, Laser)
 Đầu phát hiện (Photodiode, photo transistor)
 Phân loại
 Multimode stepped index
 Multimode graded index
 Single mode (mono mode)
 Thông số kỹ thuật
 Chiều dài cáp
 Tốc độ truyền
 Nhiễu 
 Lắp đặt/bảo trì
 Giá thành
 Kết nối
104
Lõi
Lớp phủ
Lớp đệm
Chương 4. Giao thức tầng mạng 105
Cáp quang (Fiber optic)
105