Giao thức truyền thông và các mô hình tham chiếu

Giao thức truyền thông và các mô hình tham chiếu

Giao thøc truyÒn th«ng vµ c¸c

m« h×nh tham chiÕu

Giao thức truyền thông

 Để các máy tính trên mạng có thể trao đổi thông tin với nhau, cần có một bộ những phần mềm cùng làm việc theo một chuẩn nào

đó Giao thức truyền thông (protocol) là tập quy tắc quy định ph ơng thức truyền nhận thông tin giữa các máy tính trên mạng

Giao thức truyền thông

 Các mạng máy tính hiện đại đ ợc thiết kế bằng cách phân chia cấu trúc ở mức độ cao nhằm làm giảm sự phức tạp khi thiết kế Các giao thức mạng th ờng đ ợc chia làm các tầng (layer), mỗi tầng đ ợc xây dựng dựa trên dịch vụ của tầng d ới nó và cung cấp dịch vụ cho tầng cao hơn

Mô hình tham chiếu OSI

 Mô hình tham chiếu cho việc kết nối các hệ thống mở (Open System Interconnection reference model - OSI) đ ợc tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế (International Standard Organization - ISO) đ a ra vào năm 1984 nhằm mục đích làm cơ sở cho việc kết nối các hệ thống mở Các hệ thống có thể kết nối nếu chúng cùng tuân thủ một số quy tắc

 Chän ranh giíi c¸c tÇng theo kinh nghiÖm

Các nguyên tắc xây dựng mô

hình tham chiếu

 Các chức năng đ ợc định vị sao cho có thể thiết kế lại tầng mà không ảnh h ởng tới các tầng khác

 Tạo ranh giới giữa các tầng sao cho có thể chuẩn hoá giao diện t ơng ứng

 Tạo một tầng khi dữ liệu đ ợc xử lý một cách tách biệt

 Mỗi tầng sử dụng dịch vụ của tầng d ới nó, cung cấp dịch vụ cho các tầng trên

C¸c nguyªn t¾c ¸p dông cho

KiÕn tróc ph©n tÇng cña m« h×nh tham chiÕu OSI

ApplicationPresentationSessionTransportNetworkData link

TÇng øng dôngTÇng tr×nh diÔnTÇng phiªn

TÇng giao vËnTÇng m¹ng

Tầng vật lý

 Là tầng thấp nhất của mô hình tham chiếu

 Có chức năng truyền dòng bit không có cấu trúc qua đ ờng truyền vật lý

 Truy nhập đ ờng truyền vật lý nhờ các ph ơng tiện cơ, điện, hàm, thủ tục

 Liên quan đến vấn đề đặc tả t ơng ứng các bit 0, 1 trên mỗi môi tr ờng truyền dẫn

Tầng mạng

 Thực hiện việc chọn đ ờng và chuyển tiếp thông tin với công nghệ chuyển mạch thích hợp

 Thực hiện kiểm soát luồng dữ liệu, cắt/hợp dữ liệu khi cần thiết

 Liên quan tới các vấn đề đo độ trễ đ ờng truyền, quyết định chọn đ ờng, cập nhật các thông tin sử dụng cho việc chọn đ ờng

Chọn đ ờng trên tầng mạng

 Việc chọn con đ ờng tối u để truyền các gói tin đi trên mạng phải thực hiện một số công việc sau:

 Quyết định chọn đ ờng theo những tiêu chuẩn

tối u nào đó.

 Cập nhật thông tin chọn đ ờng.

Các kỹ thuật chọn đ ờng

 Chọn đ ờng tập trung đặc tr ng bởi sự tồn tại của một số trung tâm điều khiển mạng thực hiện việc chọn đ ờng sau đó gửi các bảng chọn đ ờng tới các nút mạng Các nút mạng

đều đặn gửi thông tin của chúng tới các trung tâm theo một khoảng thời gian hoặc khi có một sự kiện nào đó

Các kỹ thuật chọn đ ờng

 Chọn đ ờng phân tán đ ợc thực hiện tại mỗi nút của mạng Việc này đòi hỏi sự trao đổi thông tin th ờng xuyên giữa các nút

Tầng trình diễn

 Chuyển đổi cú pháp dữ liệu để đáp ứng yêu cầu truyền dữ liệu của các ứng dụng qua môi tr ờng OSI

 Cung cấp một biểu diễn dùng chung cho trong truyền thông và cho phép chuyển đổi

từ biểu diễn cục bộ sang biểu diễn đó

Mô hình tham chiếu OSI

 Bản thân OSI không phải là một kiến trúc mạng bởi vì nó không chỉ ra chính xác các dịch vụ và các nghi thức đ ợc sử dụng trong mỗi tầng Mô hình này chỉ ra mỗi tầng cần thực hiện nhiệm vụ gì ISO đã đ a ra các tiêu chuẩn cho từng tầng, nh ng các tiêu chuẩn này không phải là một bộ phận của mô hình tham chiếu

Mô hình tham chiếu OSI

 Các điều khoản mô tả trong mô hình đ ợc sử dụng rộng rãi trong lý thuyết truyền thông, do

đó, trong thực tế khó có thể nói về truyền thông mà không sử dụng thuật ngữ của OSI

 Tuy nhiên, mô hình OSI ra đời sau khi các giao thức TCP/IP đã đ ợc sử dụng rộng rãi Nhiều công ty đã đ a ra các sản phẩm TCP/IP, vì vậy, mô hình OSI chỉ đ ợc sử dụng trong thực tế nh một chuẩn về lý thuyết

Giới thiệu bộ giao thức TCP/IP

 Vào cuối những năm 1960 và đầu 1970, Trung tâm nghiên cứu cấp cao (Advanced Research Projects Agency - ARPA) thuộc bộ quốc phòng

Mĩ (Department of Defense - DoD) đ ợc giao trách nhiệm phát triển mạng ARPANET bao gồm mạng của những tổ chức quân đội, các tr ờng đại học và các tổ chức nghiên cứu và đ ợc dùng để hỗ trợ cho những dự án nghiên cứu khoa học và quân đội

Giíi thiÖu bé giao thøc TCP/IP

 §Çu nh÷ng n¨m 1980, mét bé giao thøc míi ® îc ® a ra lµm giao thøc chuÈn cho m¹ng ARPANET vµ c¸c m¹ng cña DoD mang tªn DARPA Internet protocol suit, th êng ® îc gäi lµ bé giao thøc TCP/IP hay cßn gäi t¾t lµ TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)

KiÕn tróc bé giao thøc TCP/IP

 Bé giao thøc TCP/IP ® îc ph©n lµm 4 tÇng

 TÇng øng dông (Application Layer)

 TÇng giao vËn (Transport Layer)

 TÇng Internet (Internet Layer)

 TÇng truy cËp m¹ng (Network access Layer)

C¸c líp t ¬ng øng gi÷a OSI vµ TCP/IP

ApplicationPresentationSession

C¸c giao thøc t ¬ng øng víi c¸c líp trong

kiÕn tróc cña TCP/IP

Application

Layer

SNMP SMTP

User Datagram Protocol

 FTP (File transfer Protocol): Giao thức truyền tệp

cho phép ng ời dùng lấy hoặc gửi tệp tới một máy khác.

 Telnet: Ch ơng trình mô phỏng thiết bị đầu cuối cho

phép ng ời dùng login vào một máy chủ từ một máy tính nào đó trên mạng.

 SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Một giao

thức th tín điện tử.

 DNS (Domain Name server): Dịch vụ tên miền cho

phép nhận ra máy tính từ một tên miền thay cho chuỗi địa chỉ Internet khó nhớ.

 SNMP (Simple Network Monitoring Protocol): Giao thức quản trị mạng cung cấp những công cụ quản trị mạng từ xa.

 RIP (Routing Internet Protocol): Giao thức dẫn đ

ờng động.

 ICMP (Internet Control Message Protocol):

Nghi thức thông báo lỗi

 UDP (User Datagram Protocol): Giao thức

truyền không kết nối cung cấp dịch vụ truyền

không tin cậy nh ng tiết kiệm chi phí truyền.

 TCP (Transmission Control Protocol): Giao thức

h ớng kết nối cung cấp dịch vụ truyền thông tin t ởng.

 IP (Internet Protocol): Giao thức Internet chuyển

giao các gói tin qua các máy tính đến đích.

 ARP (Address Resolution Protocol): Cơ chế

chuyển địa chỉ TCP/IP thành địa chỉ vật lý của các thiết bị mạng

 Cũng giống nh trong mô hình tham chiếu OSI, dữ liệu gửi từ tầng Application đi xuống ngăn xếp, mỗi tầng có những định nghĩa riêng về dữ liệu mà nó sử dụng Tại nơi gửi, mỗi tầng coi gói tin của tầng trên gửi xuống là dữ liệu của nó và thêm vào gói tin các thông tin điều khiển của mình sau đó chuyển tiếp xuống tầng d ới Tại nơi nhận, quá trình diễn ra ng ợc lại, mỗi tầng lại tách thông tin điều khiển của mình ra và chuyển dữ liệu lên tầng trên.

Application

DATA

TCP Header Transport

DATA

TCP Header

IP Header Internet

Layer

Application Layer

Identical Message

Transport

Layer

Transport Layer

Identical Packet

Internet

Layer

Internet Layer

Cơ chế địa chỉ Internet

 Mạng Internet dùng hệ thống địa chỉ IP (32 bit) để "định vị" các máy tính liên kết với

nó

 Hệ thống địa chỉ này đ ợc thiết kế mềm dẻo qua một sự phân lớp Có 5 lớp địa chỉ IP là :

A, B, C, D, E Sự khác nhau cơ bản giữa các lớp địa chỉ này là ở khả năng tổ chức các cấu trúc con của nó

Địa chỉ lớp A, B

 Lớp A Cho phép định danh 126 mạng với tối đa

16 triệu host trên mỗi mạng Lớp này dùng cho

mạng có số trạm cực lớn: 16.777.214

 Lớp B Cho phép định danh tới 16128 mạng với tối

đa 65534 host trên mỗi mạng.

0 1 7 8 15 16 23 24 31

0 Netid Hostid

0 1 7 8 15 16 23 24 31

1 0 Netid Hostid

Cơ chế địa chỉ Internet

 Để dễ dàng cho việc sử dụng địa chỉ IP, ng

ời ta dùng 4 số thập phân t ơng ứng với 4 nhóm 8 bit ví dụ 190.002.002.001

–Địa chỉ lớp A có số thập phân đầu tiên <128

–Địa chỉ lớp B có số thập phân đầu tiên trong

khoảng 128 191

–Địa chỉ lớp B có số thập phân đầu tiên > 191

 Nếu nh một mạng đ ợc cấp một địa chỉ lớp A thì

có nghĩa nó chứa tới 16*1.048.576 máy tính

 Do vậy ng ời ta dùng mặt nạ bit để phân chia mạng ra thành những mạng con gọi là Subnet

Mạng con và mặt nạ mạng con

 Mặt nạ mạng con (Subnet mask) là một con số

32 bit bao gồm n bit 1 (th ờng là các bit cao nhất) dùng để đánh địa chỉ mạng con và m bit 0 dùng để đánh địa chỉ máy trong mạng con với n+m=32

Subnet Number Host Number

Host Number Network Number

Network Number

Đặt địa chỉ IP và Subnet mask

Mét sè giao thøc líp d íi

 Giao thøc líp m¹ng

–Internet Protocol - IP

 Giao thøc tÇng giao vËn

–Transmission Control Protocol - TCP

–User Datagram Protocol - UDP

CÊu tróc gãi tin IP

SOURCE IP ADDRESS DESTINATION IP ADDRESS

DATA

* * * DATA

Transmission Control Protocol

 TCP cung cấp dịch vụ chuyển giao thông tin có kết nối (connection - oriented)

 Nó bao gồm cả việc kiểm tra và sửa lỗi

 TCP cung cấp dịch vụ tin cậy với một cơ chế gọi

Retransmission" (PAR) Đơn giản là trạm nguồn tiếp tục gửi thông tin đi cho tới khi nó nhận đ ợc thông báo dữ liệu đã đ ợc nhận chính

CÊu tróc gãi tin TCP

SEQUENCE NUMBER ACKNOWLEDGEMENT NUMBER

DATA

* * * DATA

HLEN

Phân kênh, Port và Điểm kết nối

 Vì có nhiều giao thức ứng dụng lớp trên cùng sử dụng dịch

vụ của TCP do đó cần có một cơ chế để nhận biết gói tin nào thuộc ứng dụng nào

 TCP cung cấp một cơ chế gọi là “cơ chế cổng” (Port Mechanism) gắn mỗi ứng dụng với một “số hiệu cổng” (Port number) ví dụ FTP gắn với cổng 21, HTTP gắn với cổng 80

 Việc lựa chọn tiến trình t ơng ứng với số hiệu cổng gọi là

“Phân kênh” (Demultiplex)

Phân kênh, Port và Điểm kết nối

 Đối với ng ời lập trình, một địa chỉ IP hay một cổng không đủ định danh một thực thể duy nhất trên mạng

 TCP đ a ra định nghĩa “điểm kết nối”

(endpoint) là một cặp số nguyên (host, port) trong đó, host là địa chỉ IP của một máy tính còn port là port number mà máy tính

đó sử dụng Ví dụ: (190.2.2.1,23)

User Datagram Protocol

 UDP cho phép ch ơng trình ứng dụng truy cập trực tiếp đến gói tin của dịch vụ chuyển giao giống nh dịch vụ mà giao thức IP cung cấp.

 Nó cho phép ứng dụng trao đổi thông tin qua mạng với ít thông tin điều khiển nhất

 UDP là giao thức không kết nối, kém tin cậy vì

nó không có cơ chế kiểm tra tính đúng đắn của dữ liệu truyền

CÊu tróc gãi tin UDP

DATA

* * * DATA

Vì sao lựa chọn UDP

 Nếu một số l ợng lớn các gói tin nhỏ đ ợc truyền, thông tin cho việc kết nối và sửa lỗi có thể lớn hơn nhiều so với thông tin cần truyền Trong tr ờng hợp này, UDP là giải pháp hiệu quả nhất

 Những ứng dụng kiểu "Query-Response" cũng rất phù hợp với UDP, câu trả lời có thể dùng làm sự xác nhận của một câu hỏi Một số ứng dụng đã tự nó cung cấp công nghệ riêng để chuyển giao thông tin

C¸c giao thøc øng dông

 File Transfer Protocol - FTP

 Domain Name System - DNS

 Simple Net Management Protocol - SNMP

 Simple Mail Transfer Protocol - SMTP

 Hyper Text Transfer Protocol - HTTP

File Transfer Protocol - FTP

 Đây là một giao thức ứng dụng cung cấp cho ng ời dùng ph ơng pháp sao chép tệp từ một máy tính ở xa

 Ch ơng trình sử dụng giao thức này dùng cổng 21

và thiết lập hai kênh truyền logic

– Kênh truyền lệnh tồn tại suốt phiên làm việc

– Kênh truyền dữ liệu đ ợc thiết lập mỗi khi có dữ liệu

truyền và giải phóng sau khi sử dụng

 Giao thức này đ ợc đặc tả trong RFC 959

230 User binhnn logged in.

Remote system type is UNIX.

Using binary mode to transfer files.

ftp> get nettcp.c

local: nettcp.c remote: nettcp.c

200 PORT command successful.

150 Opening BINARY mode data connection for nettcp.c (46 bytes).

226 Transfer complete.

46 bytes received in 0 seconds (0.04 Kbytes/s)

ftp> bye

Domain Name System - DNS

 Địa chỉ IP không mang thông tin về địa lý,

tổ chức hay ng ời dùng

 Ng ời ta xây dựng hệ thống đặt tên gọi là Domain Name System để cung cấp cho ng ời Systemdùng cách đặt tên cho các máy tính với cách

đặt tên thông th ờng quen thuộc

 Tên_ng ời_dùng@Tên_miền

 Telnet cho phép ng ời sử dụng từ trạm làm việc của mình có thể đăng nhập (login) vào một trạm xa nh là một đầu cuối (teminal) nối trực tiếp với trạm xa đó

 Đặc tả về Telnet có thể tìm thấy trong RFC 854 861, 884, 885, 1091, 1097 và 1116

Hệ điều hành

Telnet Server Server

gửi thông báo tới máy tính thực hiện pseudo

Server nhận thông báo từ client Client

gửi thông báo đến server Client đọc từ

trạm cuối

Ph©n cÊp domain name

vn

Domain Name System

 Một máy tính có thể có nhiều tên trên mạng

 Mỗi tên là duy nhất

 Việc ánh xạ địa chỉ IP - Domain Name đ ợc thực hiện bởi

–Nane server cài đặt tại các máy server

–Name resolver cài đặt tại các máy trạm

 DNS đ ợc đặc tả trong RFC 1034, 1035

Simple Network Monitoring Protocol -

SNMP

 Hệ thống quản trị mạng còn gọi là mô hình Manager/Agent bao gồm

–Tiến trình quản trị cung cấp giao diện giữa ng

ời quản trị mạng với các thiết bị đ ợc quản trị

–Hệ bị quản trị bao gồm tiến trình Agent thực

hiện các thao tác quản trị và các đối t ợng đ ợc quản trị nh máy chủ, hub, kênh truyền…

quản trị nh máy chủ, hub, kênh truyền…

- C¬ së th«ng tin qu¶n trÞ (Management

Information Base - MIB) ® îc l u tr÷ ë c¶

hÖ thèng qu¶n trÞ vµ hÖ thèng bÞ qu¶n trÞ

chøa c¸c th«ng tin cÇn thiÕt cho viÖc

qu¶n trÞ

M« h×nh Manager/Agent

cña hÖ thèng qu¶n trÞ m¹ng

Manager Process

Managed System Management

Commands

Responses

Notifications

Management Database

Simple Network Monitoring

Protocol - SNMP

 Giao thức quản trị mạng cung cấp ph ơng thức liên lạc giữa manager, các đối t ợng đ ợc quản trị và các agent

 Giao thức quản trị mạng cài đặt trong bộ giao thức TCP/IP sử dụng giao thức không kết nối UDP

 Đặc tả SNMP có thể tìm thấy trong

RFC 1155 1158

Simple Mail Transfer Protocol -

SMTP

 Là giao thức sử dụng cho việc trao đổi th điện tử giữa các ng ời dùng trên mạng

 Chỉ ra cách thức một hệ thống phân phát mail chuyển các thông điệp qua một kết nối từ một máy này đến một máy khác

 Đặc điểm nổi bật là việc xử lý không trực tuyến

- off line, th điện tử đ ợc l u tại hòm th của ng ời

sử dụng ở một trung tâm máy tính nào đó

Simple Mail Transfer Protocol

 Tiến trình server cần có quyền ROOT để ghi vào hòm th của mọi ng ời, đây là một “lỗ hổng” trong vấn đề bảo vệ an toàn thông tin trên mạng

 Đặc tả cho SMTP có trong RFC 821

Hyper Text Transfer Protocol

 chuẩn để truyền các siêu văn bản trên Web

 HTTP hoạt động gần giống FTP nh ng không duy trì kết nối truyền lệnh, kênh truyền dữ liệu đ ợc thiết lập và giải phóng ngay sau khi tài liệu đ ợc truyền - nhận

World Wide Web - WWW

 World Wide Web đ ợc xây dựng và hoạt động theo mô hình Client/Server Các Client dùng một phần mềm gọi là Web Browser Web Browser tiếp nhận thông tin yêu cầu từ ng ời dùng sau đó gửi các yêu cầu tới máy Server xử lý

 Web Server cũng là một phần mềm chạy trên các máy phục vụ, nhận Request thực hiện theo yêu cầu rồi trả thông tin (Response) cho ng ời sử dụng