Tiểu luận môn học Lập trình mạng nâng cao
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
o0o
BÁO CÁO
TIỂU LUẬN MÔN HỌC
LẬP TRÌNH MẠNG NÂNG CAO
Nghiên cứu thật kỹ quá trình định tuyến trong mạng TCP/IP và chọn 1 trong 2 phương
pháp: tỉnh và động.
Giáo viên hướng dẫn: PGS TS Lê Văn Sơn
Học viên : Bùi Tấn Ngọc
Học viên: Bùi Tấn Ngọc 1
Tiểu luận môn học Lập trình mạng nâng cao
Lời mở đầu
Trong những năm gần đây mạng máy tính phát triển ngày càng mạnh mẽ tạo nên
một bước ngoặt quan trọng trong công nghệ thông tin. Mạng máy tính ngày nay có
mặt trong rất nhiều các hoạt động trong đời sống. Các công nghệ, các kỹ thuật phục
vụ cho môi trường mạng đã được xây dựng nhiều, và đang còn được tiếp tục phát
triển, cải tiến.
Lập trình mạng là một trong những nhiệm vụ căn bản để phát triển các ứng dụng
doanh nghiệp. Một chương trình mạng được viết ra để các chương trình trên các máy
tính khác nhau có thể truyền tin với nhau một cách hiệu quả và an toàn cho dù chúng
được cài đặt trên mạng LAN, WAN hay mạng toàn cầu Internet, đây là điều căn bản
đối với sự thành công của nhiều hệ thống.
Điều khiển tải của mạng TCP/IP trong quá trình định tuyến các gói thông tin là
một bài toán lớn và phức tạp trong lĩnh vực truyền thông nói chung, vì vậy trong
phạm vi của đề tài này, em xin trình bày những kết quả nghiên cứu về quá trình định
tuyến trong mạng TCP/IP và xây dựng chương trình Monitoring giám sát đường đi
của các gói.
Tiểu luận gồm có 3 chương:
Chương 1: Những vấn đề cơ bản về mạng và điều khiển tải.

có thể được thay đổi bởi một trình điều khiển mạng một cách linh hoạt (như trong
trường hợp của hệ thống DECnet, mạng được phát triển bởi Digital Equipment),
nhưng thông thường địa chỉ MAC không thay đổi.
1.2Thiết bị định tuyến (Router)
Router là một thiết bị trung gian mạng, kết nối nhiều mạng vật lý. Một mạng có
nhiều host có thể được phân chia thành các phần riêng, hay còn gọi là subnet.
Các router không chỉ được sử dụng trong LAN, chúng có một vai trò quan trọng
trong WAN. Router nhận một thông điệp và chuyển tiếp nó tới đích bằng cách sử
dụng đường đi tốt nhất tới đích đó.
Một Router lưu giữ một bảng định tuyến liệt kê tất cả các cách mà các mạng có
thể đạt tới. Thông thường sẽ có một số đường đi từ mạng này tới mạng khác, nhưng
chỉ có một trong số đó là tốt nhất, và nó là con đường được mô tả trong bảng định
tuyến. Các router truyền tin bằng cách sử dụng các giao thức định tuyến để phát hiện
các router khác trên mạng, và hỗ trợ cho việc trao đổi thông tin về các mạng được gắn
với từng bộ định tuyến.
Học viên: Bùi Tấn Ngọc 3
Tiểu luận môn học Lập trình mạng nâng cao
Thông tin mà một bộ định tuyến thu thập về các đường đi giữa các mạng được
gọi là độ đo router, và có thể bao gồm những thông tin như sự mất mát gói tin và thời
gian truyền tin. Thông tin được sử dụng để tạo ra độ đo tùy thuộc vào giao thức định
tuyến:
• Giao thức định tuyến vectơ khoảng cách: Các giao thức RIP (Routing
Information Protocol) và IGRP (Interior Gateway Routing Protocol) sử dụng
một biến đếm để chỉ ra số router mà gói tin phải đi qua để đến đích. Các giao
thức này thường lựa chọn các đường đi với ít router, mà không quan tâm đến
tốc độ và độ tin cậy.
• Các giao thức định tuyến trạng thái liên kết: Việc tính toán đường đi tốt nhất
của các giao thức định tuyến OSPF và BGP quan tâm đến nhiều yếu tố như tốc
độ, độ tin cậy, và thậm chí là chi phí của đường đi.
• Các giao thức định tuyến lai: Các giao thức này sử dụng sự kết hợp việc tính

kiểu cố định, nghĩa là việc định tuyến để phân phối tải được thực hiện một lần
cho toàn cuộc, không hề có sự thay đổi giữa chừng.
 Chiến lược thích nghi: Việc phân tán này được xác định như là chức năng
phân tán của hệ.
CHƯƠNG 2
ĐỊNH TUYẾN THÔNG TIN TRONG MẠNG TCP/IP
VÀ CÁC THUẬT TOÁN PHÂN BỐ TẢI CỦA MẠNG IP
TRONG QUÁ TRÌNH ĐỊNH TUYẾN CÁC GÓI THÔNG TIN
Học viên: Bùi Tấn Ngọc 5
Tiểu luận môn học Lập trình mạng nâng cao
1. Tổng quan về định tuyến
Định tuyến là sự lựa chọn một con đường để truyền một đơn vị dữ liệu (một gói tin
chẳng hạn) từ trạm nguồn đến trạm đích sao cho tối ưu nhất. Do vậy, một kỹ thuật
định tuyến phải thực hiện 2 chức năng sau đây:
- Quyết định định tuyến theo những tiêu chuẩn tối ưu nào đó.
- Cập nhật thông tin định tuyến, tức là thông tin dùng cho chức năng
Có rất nhiều kỹ thuật định tuyến khác nhau. Sự phân biệt giữa chúng chủ yếu căn cứ
vào các yếu tố liên quan đến 2 chức năng trên. Các yếu tố đó thường là:
(a) Sự phân tán các chức năng định tuyến trên các nút của mạng
(b) sự thích nghi với trạng thái hiện hành của mạng
(c) Các tiêu chuẩn tối ưu để định tuyến
Dựa trên yếu tố (a) ta có kỹ thuật định tuyến tập trung (Centralized Routing) hoặc
phân tán (Distributed Routing).
Dựa trên yếu tố (b) ta có kỹ thuật định tuyến tĩnh (Static hay Fixed Routing) hoặc
thích nghi (Adaptatif Routing)
2. Kỹ thuật định tuyến tập trung và định tuyến phân tán
Kỹ thuật định tuyến tập trung được đặc trưng bởi sự tồn tại của một hoặc vài
trung tâm điều khiển mạng thực hiện việc định tuyến, sau đó gởi các bảng định tuyến
(Routing Table) tới tất cả các nút dọc theo con đường đã được chọn đó. Trong trường
hợp này, thông tin tổng thể của mạng cần dùng cho việc định tuyến chỉ được cất giữ

định tuyến. Bảng định tuyến của mỗi giao thức định tuyến là khác nhau, nhưng
có thể bao gồm nhữnh thông tin sau: địa chỉ đích của mạng, mặt nạ mạng của
địa chỉ đích, địa chỉ IP của router chặng kế tiếp, cổng giao tiếp vật lý phải sử
dụng để đi đến router kế tiếp, khoảng cách đến đích.
- Giao thức định tuyến (Routing Protocol): là ngôn ngữ để một router
trao đổi với router khác để chia sẻ thông tin định tuyến về khả năng đến được
cũng như trạng thái của mạng: RIP, IGRP, EIGRP, OSPF, IS-IS.
- Đường kết nối (Link Path): Các đường nối kết giữa các nút mạng với
nhau
- Các thiết bị đầu cuối (host/terminal): Các thiết bị đầu cuối, nơi gửi và
nhận dữ liệu
Học viên: Bùi Tấn Ngọc 7
Tiểu luận môn học Lập trình mạng nâng cao
Các thành phần trong mạng TCP/IP
Bảng định tuyến (tĩnh) lưu trữ trong Router A:
Entry
Network Address
Netmask Gateway Interface
1 192.168.1.0 255.255.255.0 192.168.1.1 192.168.1.1
2 192.168.2.0 255.255.255.0 10.0.1.2 10.0.1.1
3 192.168.3.0 255.255.255.0 10.0.1.2 10.0.1.1
Để chọn lựa phương án triển khai giải quyết vấn đề chuyển gói tin trong
mạng, người ta thường quan tâm hàng đầu đến độ tin cậy, ổn định và chi phí thực
hiện của chúng. Một trong số các phương pháp định tuyến đã được nghiên cứu và
triển khai áp dụng trong quá trình định tuyến trong mạng TCP/IP hiện nay:
- Phương pháp cố định/tĩnh (Fixed Routing)
- Phương pháp thích nghi/động (Adaptive Routing)
5. Phương pháp thích nghi động (Adaptive Routing)
5.1. Nguyên lý hoạt động
Phương pháp thích nghi là quá trình mà trong đó giao thức định tuyến dựa trên

Khi đó, độ trễ tổng cộng d được tính như sau:
d = dt + dp + dq
Độ trễ trung bình trên liên kết được tính sau 10 giây một cho tất cả các datagram đi
qua. Nếu độ trễ được tính này khác với độ trễ cũ (quá một ngưỡng cho trước nào đó)
thì nó sẽ gởi đến tất cả các nút khác nhờ các đơn vị dữ liệu điều khiển (thông báo cập
nhật). Ngoài ra, để đảm bảo độ tin cậy của việc cập nhật, một thông báo cập nhật sẽ
luôn được gởi đi:
- Sau một khỏang thời gian T, ngay cả nếu không có sự thay đổi nào; hoặc
- Ngay sau khi có sự thay đổi trạng thái của một liên kết.
 Cập nhật nội dung routing table
Với giải thuật chọn đường mô tả ở trên, trong đó mỗi nút phải biết thông tin tổng
thể của mạng, vấn đề truyền thông tin chọn đường (ở đây là độ trễ) trở nên rất quan
trọng. Các thông báo cập nhật phải được nhận đúng để cho tất cả cơ sở dữ liệu ở các
nút là như nhau (gắn bó dữ liệu).
Phương pháp cập nhật nội dung routing table trong mạng TCP/IP như sau:
- Mỗi thông báo cập nhật của một nút chứa thông tin về độ trễ của tất cả các liên
kết của nút đó.
Học viên: Bùi Tấn Ngọc 9
Tiểu luận môn học Lập trình mạng nâng cao
- Mỗi nút gởi thông báo cập nhật của mình tới tất cả các nút láng giềng (sau một
khỏang thời gian T hoặc ngay lập tức sau khi có sự thay đổi đối với 1 liên kết).
- Một router láng giềng khi nhận được một broadcast để cập nhật, router này sẽ so
sánh với thông tin trong bảng định tuyến hiện giờ. Nếu trong các thông tin đó có một
mạng mới, hay đường tới một mạng mới mà với độ trễ tốt hơn, chúng sẽ cập nhật vào
bảng định tuyến. Sau đó router này sẽ tiếp tục broadcast thông tin trong bảng định
tuyến của mình cho các router kế tiếp của nó.
 Xử lý và chuyển gói tin
Sau khi router nhận packet, the router sẽ gỡ bỏ header lớp 2 để tìm địa chỉ đích lớp
3. Sau khi đọc xong địa chỉ đích lớp 3 nó tìm kiếm trong routing table cho địa chỉ đích
đó. Giả sử đỉa chỉ đích đó có trong routing table, router sẽ xác định địa chỉ của next-

toán Bellman-Ford. Các node mạng thực hiện quá trình trao đổi thông tin trên cơ sở
của địa chỉ đích, node kế tiếp, và con đường ngắn nhất tới đích.
Với thuật toán này, tại mỗi nút, các Router được giả định biết khoảng cách đến
mỗi nút láng giềng của nó (có thể là độ trễ). Khi từng T msec mỗi Router gởi cho mỗi
láng giềng một danh sách các độ trễ ước tính của nó đến từng nút láng giềng và nó
cũng nhận được một danh sách tương tự từ các nút láng giềng.
Xét một trong các bảng chọn đường đến từ nút láng giềng X, với X
i
là ước tính
thời gian X cần đến Router i. Nếu Router biết độ trễ đến X là m msec thì nó cũng biết
đến router i qua X là (X
i
+ m) msec. Thực hiện phép tính này với mỗi nút láng giềng,
một router có thể tìm ra độ trễ tốt nhất (nhỏ nhất) và nó dùng độ trễ này để cập nhật lại
giá trị đường tương ứng trong bảng chọn đường mới.
Chi tiết của thuật toán Bellman – Ford được mô tả như sau:
Giả thuyết:
- Cho một đồ thị G(V,E) trong đó V là tập đỉnh và E là tập cạnh có trọng số
- Đỉnh nguồn S: S
∈
V
Yêu cầu:
Xác định đường đi ngắn nhất từ đỉnh nguồn S đến tất cả các đỉnh còn lại.
Ký hiệu:
- D(S)i : Giá trị đường đi (độ trễ) ngắn nhất từ node nguồn S đến node i ở
bước hiện tại
- P(S)i : Nút láng giềng mà S đi qua với đường đi ngắn nhất đến node i.
- dij

: trọng số trên cạnh nối trực tiếp từ node i đến node i.

đường đi đã được tìm thấy, nghĩa là D(s)i

không có sự thay đổi qua 2 lần chạy liên
tiếp với
∀
i
∈
V\{S} thì dừng.
- Bước 4: Xác định D(S)i sẽ là giá trị đường đi ngắn nhất từ node S đến nút
i thông qua nút láng giềng là giá trị của P(s)i
.
5.3 Thuật toán định tuyến theo trạng thái liên kết (Link -State Routing)
Link-State Routing dựa trên thuật toán Dijkstra, bình thường nó còn được gọi là
thuật toán Shortest Path First (SPF). Các router chạy một giao thức Link-State liên
quan trực tiếp tới trạng thái (state) của một cổng trên router khác trong hệ thống mạng.
Một Link-State router xây dựng toàn bộ dữ liệu về tất cả các trạng thái từ tất cả các
router trong một vùng. Một nghĩa khác, một Link-State router lấy đủ các thông tin để
chúng có thể vẽ lên một bản đồ của hệ thống mạng.
Mỗi router sau khi chạy thuật toán SPF trong bản đồ do chúng xây dựng, hay dữ
liệu về link-state, để nhận ra một đường đi tốt nhất nhằm thiết lập trong routing table.
Router sẽ quảng bá thông tin Link-State này tới tất cả các router trên mạng. Toàn bộ
quá trình quảng bá này được gọi là Link-state Advertiesements (LSAs).
Không như Distance Vector Routers, Link-State Routers có thể thiết lập những
mỗi quan hệ đặc biệt giữa các router khác để đảm bảo rằng thông tin LSA được truyền
một cách hiệu quả nhất để đảm bảo tất cả các rouer trên mạng đều có cái nhìn giống
nhau về topo mạng.
Hệ thống mạng được xây dựng như một cái cây mà gốc là chính router đó, mỗi
router được coi là gốc của mạng và từ đó nó tìm đường đi ngắn nhất tới các mạng sau
khi xây dựng được bản đồ hệ thống mạng và chạy thuật toán SPF.
Học viên: Bùi Tấn Ngọc 12

dij = 0 nếu i trùng j hoặc dij = Eij nếu i khác j
Giải thuật:
- Bước 1: Khởi động
M

= {S};
D(S)
I
=d
SI
;
∀
I
∈
V\M
P(S)
I
={S,I}

Nếu d
SI

≠
∞ hoặc P
I
= {} nếu d
SI
= ∞

- Bước 2: Cập nhật đường đi ngắn nhất

- Bước 4: Xác định D(S)
I
(
∀
i
∈
V\M) sẽ là đường đi (độ trễ) ngắn nhất từ
node S đến nút I với trình tự đường đi theo thứ tự được lưu tại P(S)
I.
5.4. Ví dụ minh họa
Minh họa thuật toán định tuyến theo vector khoảng cách (Distance-Vector
Routing) trên sơ đồ các nút mạng Router trong mạng TCP/IP được cho như hình dưới
đây:
D
A
B
E
C
F
2
2
2
1
1
1
3
3
5
5
Router

D(F)
I
P(F)
I
A 0 - 2 A 1 A 5 A ∞ ∞
B 2 B 0 - 2 B 3 B ∞ ∞
C 1 C 2 C 0 - 3 C 1 C ∞
D 5 D 3 D 3 D 0 - 1 D 5 D
E ∞ ∞ 1 E 1 E 0 - 2 E
F ∞ ∞ ∞ 5 F 2 F 0 -
Sau khi khởi động, các router sẽ tiến hành trao đổi thông tin với nhau và cập nhật
đường đi tối ưu vào cơ sở dữ liệu routing table của mình.
Quá trình thực hiện thuật toán Bellman – Ford để cập nhật nội dung routing table tại
Router A với 3 nút láng giềng B, C, D như sau:
• Cập nhật đường đi từ A – B:
- Đi qua B: D(A)
B
= d
AB
+ D(B)
B
= 2 + 0 = 2
- Đi qua C: D(A)
B
= d
AC
+ D(C)
B
= 1 + 2 = 3
- Đi qua D: D(A)

+ D(D)
C
= 5 + 3 = 8
Như vậy D(A)
C
= min(2, 1, 8) = 1 và lúc này P(A)
C
= C
• Cập nhật đường đi từ A – D:
- Đi qua B: D(A)
D
= d
AB
+ D(B)
D
= 2 + 3 = 5
- Đi qua C: D(A)
D
= d
AC
+ D(C)
D
= 1 + 3 = 4
Học viên: Bùi Tấn Ngọc 15
Tiểu luận môn học Lập trình mạng nâng cao
- Đi qua D: D(A)
D
= d
AD
+ D(D)

E
= min(∞, 2, 6) = 2 và lúc này P(A)
E
= C
• Cập nhật đường đi từ A – F:
- Đi qua B: D(A)
F
= d
AB
+ D(B)
F
= 2 + ∞ = ∞
- Đi qua C: D(A)
F
= d
AC
+ D(C)
F
= 1 + ∞ = ∞
- Đi qua D: D(A)
F
= d
AD
+ D(D)
F
= 5 + 5 = 10
Như vậy D(A)
F
= min(∞,∞, 10) = 10 và lúc này P(A)
F

B 2 B 0 - 2 B 3 B 3 C 5 E
C 1 C 2 C 0 - 2 E 1 C 3 E
D 4 C 3 D 3 D 0 - 1 D 3 E
E 2 C 3 C 1 E 1 E 0 - 2 E
F 10 D 8 D 3 E 3 E 2 F 0 -
H3
A B C D E F
D(A)
I
P(A)
I
D(B)
I
P(B)
I
D(C)
I
P(C)
I
D(D)
I
P(D)
I
D(E)
I
P(E)
I
D(F)
I
P(F)

I
D(F)
I
P(F)
I
A 0 - 2 A 1 A 3 E 2 C 4 E
B 2 B 0 - 2 B 3 B 3 C 5 E
C 1 C 2 C 0 - 2 E 1 C 3 E
D 3 C 3 D 2 E 0 - 1 D 3 E
E 2 C 3 C 1 E 1 E 0 - 2 E
F 4 C 5 C 3 E 3 E 2 F 0 -
Khi đó đường đi trong quá trình định tuyến gói tin từ router A đến router D sẽ diễn ra
như sau:
- Router A tra bảng routing table của mình và thấy muốn gửi đến D phải đi qua
C nên chuyển gói tin trực tiếp cho Router C.
- Sau khi nhận được, Router C tra bảng routing table của mình và thấy muốn
gửi đến D phải đi qua E nên chuyển gói tin trực tiếp cho Router E.
- Sau khi nhận được, Router E tra bảng routing table của mình và thấy có thể
chuyển trực tiếp đến Router D.
- Router D nhận gói +n, kiểm tra thấy gửi cho mình và +ến hành xử lý.
A C E D
D(A)
I
P(A)
I
D(C)
I
P(C)
I
D(E)

5
Router
Khoang cach/
Do tre
Đường đi của gói tin từ A đến D theo thuật toán vectơ khoảng cách
Học viên: Bùi Tấn Ngọc 18
Tiểu luận môn học Lập trình mạng nâng cao
CHƯƠNG 3
XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MONITORING
GIÁM SÁT ĐƯỜNG ĐI CỦA CÁC GÓI
1. Mô tả bài toán
Giả lập môi trường mạng gồm có 4 mạng kết nối với nhau thông qua 4 Router, các
Host A và D sẽ gởi thông tin cho các Host B và C như mô hình sau đây:
Việc vận chuyển các gói tin từ nguồn đến đích được định tuyến tại các Router
theo phương pháp tĩnh.
Trong quá trình vận hành hệ thống, các gói tin được gởi đi từ đâu, đi qua các
Router để đến đích sẽ được theo dõi bởi Monitoring và được hiển thị trên màn hình.
Học viên: Bùi Tấn Ngọc 19
Tiểu luận môn học Lập trình mạng nâng cao
2. Xây dựng các chương trình của bài toán
Bài toán được tổ chức thành 9 modul, 4 modul đóng vai trò là các Router, 4
modul đóng vai trò là các Host và 1 modul đóng vai trò là Monitoring.
Các Host gởi gói tin đến các Router mà nó đang kết nối, căn cứ vào thông tin
định tuyến tại Router mà các Router sẽ xác định nút kế tiếp để chuyển gói tin đi. Các
Host và Router chuyển gói tin đến đâu sẽ gởi thông tin về cho Monitoring.
Các modul được xây dựng dựa trên cơ chế đa luồng và socket trong Java theo
mô hình truyền thống Client/Server như sau:
Chương trình Java tiêu biểu như sau:
- Host:
import java.io.*;

}
}
catch(IOException e)
{
System.err.println(e);
}
}
}
- Router:
import java.io.*;
import java.net.*;
public class Router1
{
public static void main(String arg[])
{
System.out.println();
System.out.println("Router1 da san sang!");
try
{
//Tao Socket tren Router
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(2001);
while(true)
{
Socket connectToClient = serverSocket.accept();
HandleRouter1 thread = new HandleRouter1(connectToClient);
thread.start();
}
Học viên: Bùi Tấn Ngọc 21
Tiểu luận môn học Lập trình mạng nâng cao
}

}
else if(IpDest.equals("128.192.150"))
{
iPort = 2005;
System.out.println("Chuyen den Host A");
}
else if(IpDest.equals("193.24.56"))
{
iPort = 2002;
System.out.println("Chuyen den Router2");
}
// Tao socket de ket noi toi Monitoring
Socket connectToMonitor = new Socket("localhost", 2000);
PrintWriter Stm = new PrintWriter(connectToMonitor.getOutputStream(),
true);
String St = "den Router 1 ";
Học viên: Bùi Tấn Ngọc 22
Tiểu luận môn học Lập trình mạng nâng cao
Stm.println(St);
Stm.flush();
try
{
sleep(1000);
}
catch (Exception e)
{
System.out.println("Sleep Error");
}
// Tao socket de ket noi toi Router ke tiep
Socket connectToServer = new Socket("localhost", iPort);

}
}
catch(IOException ex)
{
Học viên: Bùi Tấn Ngọc 23
Tiểu luận môn học Lập trình mạng nâng cao
System.err.println(ex);
}
}
}
//Dinh nghia lop ke thua tu Thread de xu ly mot ket noi moi
class HandleAClient0 extends Thread
{
private Socket connectToClient;
public HandleAClient0(Socket socket)
{
connectToClient = socket;
}
public void run()
{
try
{
BufferedReader inMnt = new BufferedReader(new
InputStreamReader(connectToClient.getInputStream()));
// Nhan goi tin tu Client
String inputData = inMnt.readLine();
System.out.print(inputData);
if(inputData.equals("den Host C")^inputData.equals("den Host B"))
{
System.out.println();