ĐỀ TÀI: TCP/IP TRONG IOTĐỀ TÀI: TCP/IP TRONG IOTĐỀ TÀI: TCP/IP TRONG IOTĐỀ TÀI: TCP/IP TRONG IOTĐỀ TÀI: TCP/IP TRONG IOTĐỀ TÀI: TCP/IP TRONG IOTĐỀ TÀI: TCP/IP TRONG IOTĐỀ TÀI: TCP/IP TRONG IOTĐỀ TÀI: TCP/IP TRONG IOTĐỀ TÀI: TCP/IP TRONG IOTĐỀ TÀI: TCP/IP TRONG IOTĐỀ TÀI: TCP/IP TRONG IOTĐỀ TÀI: TCP/IP TRONG IOT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ -o0o MÔN HỌC: INTERNET KẾT NỐI VẠN VẬT ĐỀ TÀI: TCP/IP TRONG IOT Sinh viên thực Phạm Thế Anh (MSV: 191402961) Dương Quang Vinh (MSV: 191402757) Nguyễn Văn An (MSV: 191400005) Trương Việt Hoàng (MSV: 191410457) Đỗ Xuân Bách (MSV: 191400113) Lớp: Kỹ thuật viễn thông – K60 Giảng viên hướng dẫn : Đỗ Việt Hà Hà Nội, 1/2023 MỤC LỤC I TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH TCP/IP 1 Mô hình TCP/IP gì? Mơ hình mạng OSI TCP / IP II ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA TCP/IP TRONG IOT Ưu điểm Nhược điểm III TÍNH NĂNG CỦA TCP/IP .3 IV KIẾN TRÚC PHÂN LỚP TCP/IP TRONG IOT Application Layer (Lớp ứng dụng): Transport Layer (Lớp vận chuyển): Network/Internet Layer (Lớp Mạng/Internet): Link Layer (Lớp liên kết): V CÁC HOẠT ĐỘNG CƠ BẢN ĐƯỢC THỰC THI THEO GIAO THỨC TCP/IP KẾT LUẬN 10 TÀI LIỆU THAM KHẢO 11 I TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH TCP/IP Mơ hình TCP/IP gì? TCP/ IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol - Giao thức điều khiển truyền nhận/ Giao thức liên mạng), giao thức trao đổi thông tin sử dụng để truyền tải kết nối thiết bị mạng Internet TCP/IP phát triển để mạng tin cậy với khả phục hồi tự động TCP/IP gồm có giao thức chính, là: TCP: Có chức xác định ứng dụng tạo kênh giao tiếp TCP có chức quản lý thông tin chia nhỏ để truyền tải qua internet Giao thức tập hợp thông tin theo thứ tự, đảm bảo truyền tải thơng tin xác tới địa đến. IP: Đảm bảo thông tin truyền đến địa IP gán địa định tuyến gọi thơng tin Mỗi mạng có địa IP để xác định xác nơi chuyển/nhận thơng tin, liệu. Mơ hình Kết nối Hệ thống Mở (OSI) mơ hình trừu tượng theo tiêu chuẩn ISO chồng bảy lớp giao thức. Từ xuống, chúng là: ứng dụng, trình bày, phiên, truyền tải, mạng, liên kết liệu vật lý. TCP / IP, bộ Giao thức Internet (IP), làm tảng cho internet cung cấp cách triển khai cụ thể đơn giản hóa lớp mơ hình OSI Mơ hình mạng OSI TCP / IP Mơ hình TCP / IP bao gồm bốn lớp, hợp số lớp mơ hình OSI: Network Access & Physical Layer: ngăn xếp giao thức cho kết nối mạng di động, Wifi, Ethernet giải pháp chuyên biệt LPWAN, Bluetooth Low Energy (BLE), ZigBee, NFC, and RFID Lớp truyền tải (Transport Layer): Lớp OSI tập trung vào giao tiếp đầu cuối cung cấp tính độ tin cậy, tránh tắc nghẽn đảm bảo gói tin phân phối theo thứ tự mà chúng gửi UDP (giao thức User Datagram) thường sử dụng cho truyền tải IoT lý hiệu suất Internet layer: xác định định tuyến gói liệu, thường gồm IPv6, 6LoWPAN RPL Application layer: giao thức tin MQTT, AMQP XMPP thường dùng cho ứng dụng IoT II ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA TCP/IP TRONG IOT Ưu điểm - Tự động chia nhỏ liệu thành gói - Hỗ trợ số giao thức định tuyến OSPF, ICMP, … - Kiến trúc máy khách – máy chủ hướng kết nối: Kết nối thiết lập trước liệu truyền qua mạng Nhược điểm - Rất phức tạp để thiết lập quản lý - Đây giao thức chậm đề truyền liệu liên tục - Không phù hợp cho ứng dụng IoT tốn nhiều chi phí so với giao thức khác III TÍNH NĂNG CỦA TCP/IP - TCP đảm bảo phân phối liệu đặt hàng chức xác nhận - Truyền lại gói bị - Hỗ trợ kiểm sốt lỗi kiểm sốt dịng chảy - Hỗ trợ Multiplexing De-multiplexing liệu - Cho phép làm việc mạng không đồng IV KIẾN TRÚC PHÂN LỚP TCP/IP TRONG IOT Sơ đồ tổng quan kiến trúc phân lớp TCP/IP cho IOT Application Layer (Lớp ứng dụng): Xác định cách ứng dụng giao tiếp với giao thức lớp thấp để gửi liệu qua n/w Cho phép giao tiếp quy trình với quy trình cổng Giao thức lớp ứng dụng: - HTTP: Giao thức truyền tải siêu văn, giao thức để truyền liệu máy tính qua WWW (World Wide Web) với liệu dạng text, file, ảnh, video Làm theo yêu cầu mô hình đáp ứng Giao thức phi trạng thái HTTP thiết kế để trao đổi liệu Client Server TCP/IP, vận hành theo chế yêu cầu/trả lời, stateless - không lưu trữ trạng thái Trình duyệt Web Client, máy chủ chứa Website Server Client kết nối tới Server, g ửi liệu đến server bao gồm thông tin header Server nhận thông tin gởi phản hồi lại cho Client Đồng thời đóng kết nối - CoAP: (Constrained Application Protocol) giao thức lớp ứng dụng, thiết kế để giải nhu cầu hệ thống IoT dựa HTTP. HTTP viết tắt Hypertext Transfer Protocol, tảng giao tiếp liệu cho World Wide Web Mặc dù cấu trúc internet có sẵn miễn phí sử dụng thiết bị IoT nào, thường nặng tiêu tốn điện hầu hết ứng dụng IoT Điều dẫn đến việc nhiều người cộng đồng IoT loại bỏ HTTP giao thức không phù hợp với IoT Tuy nhiên, CoAp giải hạn chế cách chuyển mơ hình HTTP thành việc sử dụng thiết bị mơi trường mạng hạn chế. Nó có chi phí thấp, dễ sử dụng có khả cho phép hỗ trợ đa hướng Do đó, lý tưởng để sử dụng thiết bị có giới hạn tài nguyên, chẳng hạn như vi điều khiển IoT nút WSN. Nó thường sử dụng ứng dụng liên quan đến lượng thông minh tự động hóa tịa nhà - WebSocket: cho phép giao tiếp song cơng hồn tồn qua kết nối ổ cắm WebSocket ban đầu phát triển vào năm 2011 phần sáng kiến HTML5. Thông qua kết nối TCP nhất, thông báo gửi máy khách máy chủ Giống CoAp, giao thức kết nối tiêu chuẩn WebSocket giúp đơn giản hóa nhiều phức tạp khó khăn liên quan đến việc quản lý kết nối giao tiếp hai chiều internet Nó áp dụng cho mạng IoT nơi liệu giao tiếp liên tục nhiều thiết bị. Do đó, bạn thấy sử dụng phổ biến nơi hoạt động máy khách máy chủ. Điều bao gồm môi trường thời gian chạy thư viện - MQTT: Message Queueng Telemetry Transport giao thức gởi dạng publish/subscribe sử dụng cho thiết bị Internet of Things với băng thông thấp, độ tin cậy cao khả sử dụng mạng lưới khơng ổn định Bởi giao thức sử dụng băng thơng thấp mơi trường có độ trễ cao nên giao thức lý tưởng cho ứng dụng M2M MQTT giao thức sử dụng Facebook Messager - XMPP: Giao thức diện thông báo mở rộng để liên lạc thời gian thực truyền liệu XML thực thể mạng Hỗ trợ giao tiếp client-server serverserver - DDS: Dịch vụ phân phối liệu tiêu chuẩn phần mềm trung gian tập trung vào liệu cho thiết bị đến thiết bị giao tiếp máy với máy Sử dụng mơ hình xuất bản-đăng ký Nó triển khai nhiều cài đặt, từ đám mây đến thiết bị nhỏ. Điều làm cho trở nên hồn hảo cho hệ thống nhúng thời gian thực. Hơn nữa, không giống MQTT, giao thức DDS cho phép trao đổi liệu tương tác, độc lập với phần cứng tảng phần mềm - AMQP: Giao thức xếp hàng tin nhắn nâng cao giao thức lớp ứng dụng mở dành cho nhắn tin kinh doanh Hỗ trợ mơ hình điểm-điểm xuất bản-đăng ký Các chức giao thức IoT sau: Nhận đặt tin nhắn hàng đợi Lưu trữ tin nhắn Thiết lập mối quan hệ thành phần Với mức độ bảo mật độ tin cậy, sử dụng phổ biến cài đặt u cầu mơi trường phân tích dựa máy chủ, chẳng hạn ngành ngân hàng. Tuy nhiên, khơng sử dụng rộng rãi nơi khác. Do tính nặng nó, khơng phù hợp với thiết bị cảm biến IoT có nhớ hạn chế. Do đó, việc sử dụng cịn hạn chế giới IoT Transport Layer (Lớp vận chuyển): Cung cấp khả truyền thông báo từ đầu đến cuối độc lập với n/w bên Thiết lập kết nối có ACK TCP khơng có ACK UDP Cung cấp chức kiểm soát lỗi, phân đoạn, kiểm soát luồng kiểm soát tắc nghẽn Giao thức lớp vận chuyển: + TCP: Transmission Control Protocol sử dụng trình duyệt web (cùng với HTTP HTTPS), email (cùng với SMTP, FTP) Giao thức hướng kết nối phi trạng thái Giao thức IP xử lý việc gửi gói tin, TCP đảm bảo việc truyền tải đáng tin cậy giao thức theo thứ tự Tránh tắc nghẽn n/w sụp đổ tắc nghẽn + UDP: User Datagram Protocol giao thức khơng kết nối Hữu ích ứng dụng nhạy cảm thời gian, đơn vị liệu nhỏ để trao đổi Giao dịch hướng giao dịch giao thức phi trạng thái Không cung cấp giao hàng đảm bảo Network/Internet Layer (Lớp Mạng/Internet): Chịu trách nhiệm gửi gói liệu IP từ nguồn n/w đến đích n/w Thực địa máy chủ định tuyến gói Datagram chứa địa nguồn đích Giao thức lớp mạng: + IPv4: Giao thức Internet phiên sử dụng để xác định thiết bị một/w cách sử dụng sơ đồ địa phân cấp địa 32 bit Cho phép tổng cộng 2**32 địa + IPv6: Giao thức Internet phiên sử dụng sơ đồ địa 128 bit cho phép 2**128 địa + 6LOWPAN:(IPv6 Over Low Power Wireless Personal Area Network)hoạt động Dải tần 2,4 GHz truyền liệu 250 kb/s Link Layer (Lớp liên kết): Giao thức xác định cách liệu gửi vật lý qua lớp vật lý phương tiện mạng Mạng cục kết nối với máy chủ đính kèm Các máy chủ liên kết trao đổi gói liệu qua lớp liên kết cách sử dụng giao thức lớp liên kết Lớp liên kết xác định cách gói mã hóa báo hiệu thiết bị h/w qua phương tiện mà máy chủ gắn vào Giao thức lớp liên kết + 802.3-Ethernet: IEEE802.3 tập hợp tiêu chuẩn Ethernet có dây cho lớp liên kết giao thức: Vd: 802.3 dùng cáp đồng trục; 802.3i sử dụng kết nối xoắn đôi đồng; 802.3j sử dụng kết nối cáp quang; 802.3ae sử dụng Ethernet qua cáp quang + 802.11-WiFi: IEEE802.11 tập hợp tiêu chuẩn truyền thông mạng LAN không dây (WLAN) bao gồm mô tả mở rộng lớp liên kết VD: 802.11a hoạt động băng tần 5GHz, 802.11b 802.11g hoạt động băng tần 2.4GHz, 802.11n hoạt động băng tần 2.4/5GHz, 802.11ac hoạt động băng tần 5GHz, 802.11ad hoạt động băng tần 60Ghz + 802.16 - WiMax: IEEE802.16 tập hợp tiêu chuẩn băng thông rộng không dây bao gồm mô tả độc quyền lớp liên kết WiMax cung cấp tốc độ liệu từ 1,5 Mb/s đến 1Gb/s + 802.15.4-LR-WPAN: IEEE802.15.4 tập hợp tiêu chuẩn dành cho mạng khu vực cá nhân không dây tốc độ thấp (LR-WPAN) Cơ sở cho giao thức truyền thông cấp cao ZigBee Cung cấp tốc độ liệu từ 40kb/s đến 250kb/s + 2G/3G/4G-Mobile Communication: Tốc độ liệu từ 9,6kb/s (2G) đến tối đa 100Mb/s (4G) V CÁC HOẠT ĐỘNG CƠ BẢN ĐƯỢC THỰC THI THEO GIAO THỨC TCP/IP Truyền đáng tin cậy - TCP sử dụng số thứ tự để xác định byte liệu Bất người gửi gửi liệu dạng byte, số thứ tự thêm vào byte nhận xác nhận gửi đến người gửi với số thứ tự để khắc phục vấn đề xếp lại gói gói Nếu gói tin khơng xác nhận xác, người gửi lại truyền lại liệu Truyền lại dựa DupACK - Nếu người gửi nhận ba nhiều gói trùng lặp xác nhận mình, truyền lại gói cụ thể lần Điều cải thiện đáng kể độ tin cậy liệu Truyền lại dựa thời gian chờ - Khi người gửi truyền gói tin, đặt đếm thời gian cuối để nhận xác nhận thích hợp Nó chờ đợi thời gian đó, khơng nhận gói tin dự kiến khoảng thời gian đó, giả định gói tin bị truyền lại gói Phát lỗi - TCP sử dụng chế tổng kiểm tra để đảm bảo tính xác liệu Tổng kiểm tra đảm bảo liệu gửi người gửi người nhận nhận mà không cần thao tác liệu Kiểm sốt luồng - Nó giới hạn tốc độ người gửi truyền liệu để đảm bảo phân phối liệu đáng tin cậy Người nhận liên tục cho người gửi biết lượng liệu nhận tốc độ nhận Kiểm soát tắc nghẽn - TCP sử dụng cửa sổ tắc nghẽn phía người gửi để thực tránh tắc nghẽn (tránh giao thông) Cửa sổ tắc nghẽn cho biết lượng liệu tối đa gửi kết nối mà không bị thừa nhận TCP phát tắc nghẽn khơng nhận thừa nhận liệu khoảng thời gian đặt KẾT LUẬN 10 TÀI LIỆU THAM KHẢO 11