Phan1 GIỚI THIỆU VỀ GIAO THỨC TCP IP.doc

GIỚI THIỆU VỀ GIAO THỨC TCP IP

ơng 1: giới thiệu về giao thức TCP/IP 1.1 Lịch sử phát triển củaTCP/IP và mạng Internet

Mạng Internet là một mạng máy tính toàn cầu, bao gồm hàng chục triệu

ng-ời sử dụng, đợc hình thành từ cuối thập kỷ 60 từ một thí nghiệm của Bộ quốc phòng Mỹ Tại thời điểm ban đầu đó là mạng ARPAnet của Ban quản lý dự án nghiên cứu Quốc phòng ARPAnet là một mạng thử nghiệm phục vụ các nghiên cứu quốc phòng, một trong những mục đích của nó là xây dựng một mạng máy tính có khả năng chịu đựng các sự cố (ví dụ một số nút mạng bị tấn côngvà phá huỷ nhng mạng vẫn tiếp tục hoạt động) Mạng cho phép một máy tính bất kỳ trên mạng liên lạc với mọi máy tính khác

Khả năng kết nối các hệ thống máy tính khác nhau đã hấp dẫn mọi ngời, vả lại đây cũng là phơng pháp thực tế duy nhất để kết nối các máy tính của các hãng khác nhau Kết quả là các nhà phát triển phần mềm ở Mỹ, Anh và Châu Âu bắt đầu phát triển các phần mềm trên bộ giao thức TCP/IP (giao thức đợc sử dụng trong việc truyền thông trên Internet) cho tất cả các loại máy Điều này cũng hấp dẫn các trờng đại học, các trung tâm nghiên cứu lớn và các cơ quan chính phủ, những nơi mong muốn mua máy tính từ các nhà sản xuất, không bị phụ thuộc vào một hãng cố định nào

Bên cạnh đó các hệ thống cục bộ LAN bắt đầu phát triển cùng với sự xuất

hiện các máy để bàn (Desktop Workstations) vào năm 1983 Phần lớn các máy để bàn sử dụng Berkeley UNIX, phần mềm cho kết nối TCP/IP đã đợc coi là một phần của hệ điều hành này Một điều rõ ràng là các mạng này có thể kết nối với nhau dễ dàng

Trong quá trình hình thành mạng Internet, NSFNET (đợc sự tài trợ của Hội khoa học Quốc gia Mỹ) đóng một vai trò tơng đối quan trọng Vào cuối những năm 80, NFS thiết lập 5 trung tâm siêu máy tính Trớc đó, những máy tính nhanh nhất thế giới đợc sử dụng cho công việc phát triển vũ khí mới và một vài hãng lớn Với các trung tâm mới này, NFS đã cho phép mọi ngời hoạt động trong lĩnh vực khoa học đợc sử dụng Ban đầu, NFS định sử dụng ARPAnet để nối 5 trung tâm máy tính này, nhng ý đồ này đã bị thói quan liêu và bộ máy hành chính làm thất bại Vì vậy, NFS đã quyết định xây dựng mạng riêng của mình, vẫn dựa trên thủ tục TCP/IP, đờng truyền tốc độ 56 Kbps Các trờng đại

học đợc nối thành các mạng vùng và các mạng vùng đợc nối với các trung tâm siêu máy tính

Ngày nay mạng Internet đã đợc phát triển nhanh chóng trong giới khoa học và giáo dục của Mỹ, sau đó phát triển rộng toàn cầu, phục vụ một cách đắc lực cho việc trao đổi thông tin trớc hết trong các lĩnh vực nghiên cứu, giáo dục và gần đây cho thơng mại.

Internet sử dụng kỹ thuật chuyển mạch gói và dùng giao thức TCP/IP Ngày nay nhiều mạng với kiến trúc khác nhau có thể nối vào Internet nhờ các cầu nối đa giao thức.

1.2 Giao thức TCP/IP

Khái niệm giao thức (Protocol) là một khái niệm cơ bản của mạng truyền

thông Có thể hiểu một cách khái quát đó là tập hợp tất cả các quy tắc cần thiết (các thủ tục, các khuôn dạng dữ liệu, các cơ chế phụ trợ ) cho phép các giao thức trao đổi thông tin trên mạng đợc thực hiện một cách chính xác và an toàn Có rất nhiều họ giao thức đang đợc sử dụng trên mạng truyền thông hiện nay nh IEEE802.X dùng trong mạng cục bộ, CCITT (nay là ITU) dùng cho liên mạng diện rộng và đặc biệt là họ giao thức chuẩn của ISO (tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế ) dựa trên mô hình tham chiếu bảy lớp cho việc kết nối các hệ thống mở Trên Internet họ giao thức đợc sử dụng là bộ giao thức TCP/IP Hai giao thức đợc dùng chủ yếu ở đây là TCP ( Transmision Control Protocol ) và

IP (Internet Protocol ) TCP là một giao thức kiểu có kết nối

(Connection-Oriented), tức là cần phải có một giai đoạn thiết lập liên kết giữa một cặp thực thể TCP trớc khi chúng thực hiện trao đổi dữ liệu Còn giao thức IP là một giao thức kiểu không kết nối (Connectionless), nghĩa là không cần phải có giai đoạn

thiết lập liên kết giữa một cặp thực thể nào đó trớc khi trao đổi dữ liệu Khái niệm TCP/IP không chỉ bị giới hạn ở hai giao thức này Thờng thì TCP/IP đợc dùng để chỉ một nhóm các giao thức có liên quan đến TCP và IP nh UDP (User Datagram Protocol), FTP (File Transfer Protocol), TELNET (Terminal Emulation Protocol) và v.v

Để giảm độ phức tạp của việc thiết kế và cài đặt mạng hầu hết các mạng máy tính hiện có đều đợc phân tích thiết kế theo quan điểm phân tầng Mỗi hệ

thống thành phần của mạng đợc xem nh là một cấu trúc đa tầng, trong đó mỗi tầng đợc xây dựng trên cơ sở tầng trớc đó Số lợng các tầng cùng nh tên và chức năng của mỗi tầng là tuỳ thuộc vào nhà thiết kế Họ giao thức của ISO (tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế) dựa trên mô hình tham chiếu 7 lớp cho việc kết nối các

hệ thống mở là họ giao thức đợc dùng làm chuẩn để các họ giao thức khác so sánh với nó do vậy trớc khi đi vào nghiên cứu giao thức TCP/IP ta cần xem xét mô hình 7 lớp OSI

Trong mô hình OSI mục đích của mỗi tầng là cung cấp các dịch vụ cho tầng cao hơn tiếp theo, mô tả chi tiết cách thức cài đặt các dịch vụ này Các tầng đợc trừu tợng hoá theo cách là mỗi tầng chỉ biết rằng nó liên lạc với tầng tơng ứng trên máy khác Trong thực tế thì mỗi tầng chỉ liên lạc với các tầng kề trên và kề dới nó trên mỗi hệ thống mà thôi.

Trừ tầng thấp nhất trong mô hình mạng không tầng nào có thể chuyển thông tin một cách trực tiếp với tầng tơng ứng trong mạng máy tính khác Thông tin trên máy cần gửi phải đợc chuyển đi qua tất cả các tầng thấp hơn Thông tin sau đó lại đợc truyền qua Card mạng tới máy nhận và lại đợc truyền lên qua các tầng cho đến khi nó đến tầng đã gửi thông tin đi

không có cấu trúc qua đờng truyền vật lý, truy nhập đờng truyền vật lý nhờ các phơng tiện cơ, điện, hàm, vật lý.

2 Tầng liên kết dữ liệu (Data link): Cung cấp phơng tiện để truyền

thông tin qua liên kết vật lý đảm bảo tin cậy, gửi các khối dữ liệu với các cơ chế đồng bộ hoá, kiểm soát lỗi và kiểm soát luồng dữ liệu cần thiết.

thông tin với công nghệ chuyển mạch thích hợp, thực hiện kiểm soát luồng dữ liệu và cắt/ hợp dữ liệu nếu cần.

đầu mút (end - to - end), thực hiện cả việc kiểm soát lỗi và kiểm soát luồng dữ liệu giữa hai đầu mút Cũng có thể thực hiện việc ghép kênh, cắt / hợp dữ liệu nếu cần.

giữa các ứng dụng, thiết lập, duy trì, đồng bộ hoá và huỷ bỏ các phiên truyền thông giữa các ứng dụng.

ứng yêu cầu truyền dữ liệu của các tầng ứng dụng qua mô hình OSI.

dụng có thể truy cập đợc vào môi trờng OSI, đồng thời cung cấp các dịch vụ thông tin phân tán

1.2.2 Giao thức TCP/IP và mô hình 7 lớp OSI

Mạng Internet với họ giao thức TCP/IP đợc minh hoạ tổng quát nh hình 1.2 với các dịch vụ mà nó cung cấp và các chuẩn đợc sử dụng có so sánh với kiến trúc hệ thống mở OSI để chúng ta có một cách nhìn tổng quát về họ giao thức

Trong đó :

TCP: (Transmistion Control Protocol) Thủ tục liên lạc ở tầng giao vận của

TCP/IP TCP có nhiệm vụ đảm bảo liên lạc thông suốt và tính đúng đắn của dữ liệu giữa 2 đầu của kết nối, dựa trên các gói tin IP

UDP: (User Datagram Protocol) Thủ tục liên kết ở tầng giao vận của

TCP/IP Khác với TCP, UDP không đảm bảo khả năng thông suốt của dữ liệu, cũng không có chế độ sửa lỗi Bù lại, UDP cho tốc độ truyền dữ liệu cao hơn TCP

IP: (Internet Protocol) Là giao thức ở tầng thứ 3 của TCP/IP, nó có trách

nhiệm vận chuyển các Datagrams qua mạng Internet

ICMP: (Internet Control Message Protocol) Thủ tục truyền các thông tin

điều khiển trên mạng TCP/IP Xử lý các tin báo trạng thái cho IP nh lỗi và các thay đổi trong phần cứng của mạng ảnh hởng đến sự định tuyến thông tin truyền trong mạng

RIP: (Routing Information Protocol) Giao thức định tuyến thông tin đây là

một trong những giao thức để xác định phơng pháp định tuyến tốt nhất cho truyền tin

ARP: (Address Resolution Protocol) Là giao thức ở tầng liên kết dữ liệu

Chức năng của nó là tìm địa chỉ vật lý ứng với một địa chỉ IP nào đó Muốn vậy nó thực hiện Broadcasting trên mạng, và máy trạm nào có địa chỉ IP trùng với địa chỉ IP đang đợc hỏi sẽ trả lời thông tin về địa chỉ vật lý của nó

DSN: (Domain name System) Xác định các địa chỉ theo số từ các tên của

máy tính kết nối trên mạng

FTP: (File Transfer Protocol) Giao thức truyền tệp để truyền tệp từ một

máy này đến một máy tính khác Dịch vụ này là một trong những dịch vụ cơ bản của Internet

Telnet: (Terminal Emulation Protocol) Đăng ký sử dụng máy chủ từ xa

với Telnet ngời sử dụng có thể từ một máy tính của mình ở xa máy chủ, đăng ký

truy nhập vào máy chủ để xử dụng các tài nguyên của máy chủ nh là mình đang ngồi tại máy chủ.

SMTP: (Simple Mail Transfer Protocol) Giao thức truyền th đơn giản: là

một giao thức trực tiếp bảo đảm truyền th điện tử giữa các máy tính trên mạng Internet.

SNMP: (Simple Network Management Protocol) Giao thức quản trị mạng

đơn giản: là dịch vụ quản trị mạng để gửi các thông báo trạng thái về mạng và các thiết bị kết nối mạng.

1.2.3 Giao thức liên mạng IP

Mục đích chính của IP là cung cấp khả năng kết nối các mạng con thành liên mạng để truyền dữ liệu Vai trò của IP tơng tự vai trò của giao thức tầng mạng trong mô hình OSI Mặc dù từ Internet xuất hiện trong IP nhng giao thức

này không nhất thiết phải sử dụng trên Internet Tất cả các máy trạm trên Internet đều hiểu IP, nhng IP có thể sử dụng trong các mạng mà không có sự liện hệ với Internet

IP là giao thức kiểu không kết nối (Connectionless) tức là không cần có giai

đoạn thiết lập liên kết trớc khi truyền dữ liệu Đơn vị dữ liệu dùng trong giao thức IP là IP Datagram hay gọi tắt là Datagram.

Một Datagram đợc chia làm hai phần : Phần tiêu đề (Header) và phần chứa dữ liệu cần truyền (Data) Trong đó phần Header gồm một số trờng chứa các

thông tin điều khiển Datagram

1.2.3.1.Cấu trúc của IP Datagram

Cấu trúc tổng quát của một IP Datagram nh sau:

Cấu trúc chi tiết của một IP Datagram Header đợc mô tả nh hình 1.3 VersionIHLType of serviceTotal length

IdentificationFlagsFragment offsetTime to liveProtocolHeader checksum

Hình 1.3: Cấu trúc của Datagram Trong đó:

• Trờng version (4 bits) cho biết phiên bản của IP đang đợc sử dụng,

hiện nay là IPv4 Trong tơng lai thì địa chỉ IPv6 sẽ đợc sử dụng.

Datagram tính theo đơn vị từ ( 32 bits).

nó đợc chỉ ra nh sau.

0 1 2 3 4 5 6 7

8 Bits của trờng Service đợc chia ra làm 5 phần cụ thể nh sau :

tiên từ 0 (bình thờng) đến mức cao nhất là 7 (điều khiển mạng) cho phép ngời sử dụng chỉ ra tầm quan trọng của Datagram

♦ Ba bit D, T, R nói nên khiểu truyền Datagram, cụ thể nh sau:  Bit D (Delay)chỉ độ trễ yêu cầu

 Bit T (Throughput) chỉ thông lợng yêu cầu  Bit R (Reliability) chỉ độ tin cậy yêu cầu

♦ Reserved (2 bits) cha sử dụng

Header Đơn vị tính là Byte.

đích lắp lại một gói đã bị phân mảnh, nó cùng các trờng khác nh Source Address, Destination Address để định danh duy nhất một Datagram khi

Bit 0 Cha sử dụng lấy giá trị 0.

Bit 1 (DF) DF=0: Thực hiện phân đoạn.

DF=1: Không thực hiện phân đoạn Bit 2 (MF) MF=0: Phân đoạn lần cuối.

MF=1: Phân đoạn thêm

Datagram Đơn vị tính là 64 bits (8 Bytes).

liên mạng Để tránh tình trạng một Datagram bị quẩn trên liên mạng Nếu sau một khoảng thời gian bằng thời gian sống mà Datagram vẫn cha đến đích thì nó bị huỷ.

dữ liệu ở trạm đích Giao thức tầng trên của IP thờng là TCP hoặc UDP.

phơng pháp CRC cho vùng Header nhằm phát hiện các lỗi của Datagram.

Trong một liên mạng địa chỉ IP của trạm nguồn và địa chỉ IP của trạm đích là duy nhất.

dụng yêu cầu.

cho phần Header luôn kết thúc ở mức 32 bits Giá trị của Padding gồm toàn bit 0.

Kích thớc tối đa của trờng Data là 65535 Bytes.

1.2.3.2.Quá trình phân mảnh các gói dữ liệu

Trong quá trình truyền dữ liệu, một gói dữ liệu (Datagram) có thể đợc truyền đi qua nhiều mạng khác nhau Một gói dữ liệu nhận đợc từ một mạng nào đó có thể quá lớn để truyền đi trong một gói đơn của mạng khác, bởi vậy mỗi loại cấu trúc mạng cho phép một đơn vị truyền cực đại MTU (Maximum

Transmission Unit) khác nhau Đây chính là kích thớc lớn nhất của một gói mà chúng có thể truyền đợc Nếu nh một gói dữ liệu nhận đợc từ một mạng nào đó mà kích thớc của nó lớn hơn MTU của mạng khác thì nó cần đợc phân mảnh ra thành gói nhỏ hơn gọi là Fragment để truyền đi, quá trình này gọi là quá trình

phân mảnh Dạng của một Fragment cũng giống nh dạng của một gói dữ liệu thông thờng Từ thứ hai trong phần Header chứa các thông tin để xác định mỗi Fragment và cung cấp các thông tin để hợp nhất các Fragments này lại thành các gói nh ban đầu Trờng định danh (Indentification) dùng để xác định

Fragment này thuộc vào gói dữ liệu nào Trờng định danh có một giá trị duy

nhất cho mỗi gói dữ liệu đợc vận chuyển Mỗi thành phần của gói dữ liệu bị phân mảnh sẽ có cùng giá trị trờng định danh Điều đó cho phép IP lắp ráp lại các gói dữ liệu bị phân mảnh một cách phù hợp.

Hậu quả của việc phân mảnh dữ liệu là các gói bị phân mảnh sẽ đến đích chậm hơn so với một gói không bị phân mảnh Vì vậy phần lớn các ứng dụng đều tránh không sử dụng kỹ thuật này nếu có thể Vì sự phân mảnh tạo ra các gói dữ liệu phụ nên cần quá trình sử lý phụ làm giảm tính năng của mạng Hơn nữa vì IP là một giao thức không tin cậy nên khi bất kỳ một gói dữ liệu bị phân mảnh nào bị mất thì tất cả các mảnh sẽ phải truyền lại Chính vì lý do này nên phải gửi các gói dữ liệu lớn nhất mà không bị phân mảnh, giá trị này là Path MTU.

1.2.3.3 Ph ơng pháp đánh địa chỉ trong TCP/IP

Để có thể thực hiện truyền tin giữa các máy trên mạng, mỗi máy tính trên mạng TCP/IP cần phải có một địa chỉ xác định gọi là địa chỉ IP Hiện nay mỗi

địa chỉ IP đợc tạo bởi một số 32 bits (IPv4)và đợc tách thành 4 vùng, mỗi vùng có một Byte có thể biểu thị dới dạng thập phân, nhị phân, thập lục phân hoặc bát phân Cách viết phổ biến nhất hay dùng là cách viết dùng ký tự thập phân Một địa chỉ IP khi đó sẽ đợc biểu diễn bởi 4 số thập phân có giá trị từ 0 đến 255 và

đ-ợc phân cách nhau bởi dấu chấm (.) Mỗi giá trị thập phân biểu diễn 8 bits trong địa chỉ IP Mục đích của địa chỉ IP là để định danh duy nhất cho một host ở trên mạng

IPv4 sử dụng 3 loại địa chỉ trong trờng nguồn và đích đó là:

chỉ dùng để nhận dạng từng nút một (điểm nút là tập các thiết bị chuyển mạch nằm ở trung tâm nh Router chẳng hạn ) cụ thể là một gói dữ liệu đ-ợc gửi tới một địa chỉ đơn hớng sẽ đđ-ợc chuyển tới nút mang địa chỉ đơn hớng đó.

hợp nút nhng không phải là tất cả Tập hợp nút bao gồm nhiều nút khác nhau hợp thành, gói dữ liệu IP gửi tới một địa chỉ Multicast sẽ đợc gửi tới tất cả các Host tham dự trong nhóm Multicast này.

đó giới hạn ở tất cả các Host trên một mạng con địa phơng.

Các địa chỉ IP đợc chia ra làm hai phần, một phần để xác định mạng (net

id) và một phần để xác định host (host id) Các lớp mạng xác định số bits đợc

dành cho mỗi phần mạng và phần host Có năm lớp mạng là A, B, C, D, E, trong

đó ba lớp đầu là đợc dùng cho mục đích thông thờng, còn hai lớp D và E đợc dành cho những mục đích đặc biệt và tơng lai Trong đó ba lớp chính là A,B,C

Hình vẽ sau cho thấy cấu trúc của một địa chỉ IP.

Mỗi lớp địa chỉ đợc đặc trng bởi một số bits đầu tiên của Byte đầu tiên có

cấu trúc chi tiết nh hình 1.4

Hình 1.4: Cấu trúc các khuôn dạng địa chỉ Từ cấu trúc phân lớp địa chỉ ta có thể nhận thấy:

• Nhỏ hơn 128 là địa chỉ lớp A Byte đầu tiên xác định địa chỉ mạng, ba Bytes còn lại xác định địa chỉ máy trạm.

• Từ 128 đến 191 là địa chỉ lớp B Hai Bytes đầu xác định địa chỉ mạng Hai Bytes tiếp theo xác định địa chỉ máy trạm.

• Từ 192 đến 223 là địa chỉ lớp C Ba Bytes đầu xác định địa chỉ mạng Bytes còn lại xác định địa chỉ máy trạm.

• Lớn hơn 223 là các địa chỉ dùng để quảng bá hoặc dùng dự trữ cho các mục đích đặc biệt và ta có thể không cần quan tâm

Tuy nhiên không phải tất cả các số hiệu mạng (net id) đều có thể dùng

đ-ợc Một số địa chỉ đợc để dành cho những mục đích đặc biệt

Lớp A có số mạng ít nhất, nhng mỗi mạng lại có nhiều hosts thích hợp với các tổ chức lớn có nhiều máy tính

Lớp B có số mạng và số hosts vừa phải

Còn lớp C có nhiều mạng nhng mỗi mạng chỉ có thể có 254 hosts, thích hợp với tổ chức có ít máy tính

Để tiện cho việc quản trị cũng nh thực hiện các phơng pháp tìm đờng trên mạng ở các mạng lớn (lớp A) hay mạng vừa (lớp B) ngời ta có thể chia chúng thành các mạng con (Subnets) Ví dụ cho rằng một mạng con có địa chỉ lớp B là 191.12.0.50 khi đó coi 191.12.0.0 là địa chỉ toàn mạng và lập địa chỉ 191.12.1

cho Subnet 1 và 191.12.2 cho Subnet 2

Có thể dành trọn một nhóm 8 bits để đánh địa chỉ Subnet và một nhóm để đánh địa chỉ các máy trong từng Subnet Nh thế tất nhiên là số máy trong một Subnet sẽ ít đi tơng tự nh trong mạng nhỏ Sự phân chia này làm giảm kích thớc của bảng định tuyến trong Router/ Gateway, nghĩa là tiết kiệm dung lợng nhớ và thời gian xử lý

Sự phân chia một mạng thành nhiều mạng con phát sinh vấn đề là số lợng bit dành để đánh địa chỉ mạng con có thể khác nhau và tuỳ thuộc vào nhà quản trị mạng Do đó ngời ta đa vào khái niệm Subnet Mask Subnet Mask cũng

giống nh địa chỉ IP bao gồm 32 bits Mục đích của điạ chỉ Subnet Mask là để chia nhỏ một địa chỉ IP thành các mạng nhỏ hơn và theo dõi vùng nào trên địa chỉ IP đợc dùng để làm địa chỉ cho mạng con (còn đợc gọi là các Subnet) đó

vùng nào dùng làm địa chỉ cho các máy trạm.

Nội dung của một Subnet Mask đợc quy định nh sau :

Các bit 1 : dùng để chỉ định địa chỉ mạng trên địa chỉ IP Các bit 0 : dùng để chỉ định địa chỉ máy trạm trên địa chỉ IP

Ví dụ đối với mạng A có địa chỉ là 25.0.0.0, nếu dành 8 bits cho Subnet thì

mặt nạ có giá trị là 255.255.0.0 , nếu dành 16 bits cho Subnet thì mặt nạ có giá

trị là 255.255.255.0

Từ địa chỉ IP ta thực hiện phép toán logic AND với địa chỉ Subnet Mask kết quả sẽ tạo ra đợc địa chỉ mạng nơi đến Kết quả này đợc sử dụng để tìm bớc tiếp theo trong thuật toán tìm đờng trên mạng Nếu kết quả này trùng với địa chỉ mạng tại trạm đang làm việc thì sẽ xét tiếp địa chỉ máy trạm để truyền đi Theo cấu trúc của Subnet Mask thì ta thấy tất cả các trạm làm việc trong cùng một mạng con có cùng giá trị Subnet Mask.

Với phơng pháp này số bits dùng để đánh địa chỉ host có thể nhỏ hơn 8 bits (đối với lớp C) tức là một địa chỉ lớp C có thể phân nhỏ hơn nữa và khi đó các mạng con này thờng đợc xác định bởi các địa chỉ có thêm phần chú thích số bits dành cho địa chỉ mạng, ví dụ 203.160.0.0/25 mô tả Subnet 203.160.0.0 (thuộc

lớp C) nhng có 25 bits dùng cho địa chỉ mạng và 7 bits dùng cho địa chỉ Hosts tức là Subnet này chỉ có tối đa là 128 Hosts chứ không phải là 256 Hosts.

Trong tất cả các lớp địa chỉ mạng cũng nh các Subnets, các điạ chỉ đầu và cuối của mạng đợc dùng cho các mục đích riêng Một địa chỉ IP cùng với tất cả các bits địa chỉ máy trạm có giá trị có là 0 (địa chỉ đầu mạng) đợc dùng để chỉ chính mạng đó (hay địa chỉ xác định mạng) Ví dụ địa chỉ 203.160.1.0 đợc dùng

để chỉ mạng 203.160.1.0 Còn nếu tất cả các bits địa chỉ trong phần địa chỉ của

trạm đều có giá trị là 1 (địa chỉ cuối mạng) thì địa chỉ này đợc dùng làm địa chỉ quảng bá Ví dụ địa chỉ quảng bá của mạng 203.160.1.0 là 203.160.1.255 Một

gói dữ liệu gửi đến địa chỉ này sẽ đợc truyền đến tất cả các máy trạm trên địa chỉ này

Trên mạng Internet, việc quản lý và phân phối địa chỉ IP là do NIC (Network Information Center) Với sự bùng nổ của số máy tính kết nối vào mạng Internet, địa chỉ IP đã trở thành một tài nguyên cạn kiệt, ngời ta đã phải xây dựng nhiều công nghệ để khắc phục tình hình này Ví dụ nh công nghệ cấp phát địa chỉ IP động nh BOOTP hay DHCP (Dynamic Host Configuration

Protocol) Khi sử dụng công nghệ này thì không nhất thiết mọi máy trên mạng đều phải có một địa chỉ IP định trớc mà nó sẽ đợc Server cấp cho một địa chỉ IP khi thực hiện kết nối Tuy nhiên giải pháp này chỉ là tạm thời trong tơng lai thì địa chỉ IPv6 sẽ đợcđa vào sử dụng.

1.2.3.4.Địa chỉ IPv6

Cấu trúc Header của gói IPv6 đợc trình bày trong hình 1.5 Version

Pay load LengthNext HeaderHop limitSource IP Address ( 128 Bits)

Destination IP Address (128 Bits)

Hình 1.5: Cấu trúc Header gói IPv6

Cấu trúc của gói IPv6 không hoàn toàn tơng thích một cách trực tiếp với cấu trúc của gói IPv4, nó có cấu trúc để cho việc truyền dẫn càng nhanh càng tốt, và nó vẫn cùng hoạt động với IPv4.

IPv6 có một số đặc điểm chính sau đây:

• 128 bits địa chỉ thay cho 32 bits địa chỉ.

• Thiết lập và cấu hình đơn giản : IPv6 có thể tự động đặt cấu hình các địa chỉ cục bộ.

• Định dạng Header đơn giản một vài trờng đã đợc bỏ đi hoặc trở thành không bắt buộc Sự định dạng Header mới này cải thiện tính năng của bộ định tuyến và dễ dàng thêm các loại Header mới.

• Cải tiến sự trợ giúp đối với các tuỳ chọn và các mở rộng

• Sự trợ giúp đối với việc xác nhận đúng và sự mã hoá dữ liệu Sự trợ giúp đối với việc xác nhận đúng, tính chân thật của dữ liệu, tính bí mật của dữ liệu là một phần của kiến trúc IPv6

• Không giống nh IPv4 các gói dữ liệu trong IPv6 nói chung không bị phân mảnh Nếu sự phân mảnh đợc yêu cầu nó sẽ đợc thực hiện không phải bằng các bộ định tuyến mà bằng nguồn của các gói dữ liệu Đối với một gói dữ liệu bị phân mảnh, Host nguồn sẽ sinh ra một giá trị tự nhận diện duy nhất.

IPv6 có 128 bits địa chỉ dài hơn bốn lần so với IPv4 nên khả năng theo lý thuyết có thể cung cấp một không gian địa chỉ lớn hơn nhiều Đây là không gian địa chỉ cực lớn với mục đích không chỉ cho Internet mà còn cho tất cả các mạng máy tính, các hệ thống viễn thông, hệ thống điều khiển và thậm chí còn cả các vật dụng trong gia đình Địa chỉ IPv6 đợc phân ra là 3 loại chính nh sau :

từng nút một (điểm nút là tập các thiết bị chuyển mạch nằm ở trung tâm

nh Router chẳng hạn) cụ thể là một gói dữ liệu đợc gửi tới một địa chỉ đơn hớng sẽ đợc chuyển tới nút mang địa chỉ đơn hớng đó

dạng một tập hợp nút bao gồm nhiều nút khác nhau hợp thành, cụ thể là một gói số liệu đợc gửi tới một địa chỉ bất cứ hớng nào sẽ đợc chuyển tới một nút gần nhất trong tập hợp nút mạng địa chỉ Anycast đó.

một tập hợp nút Tập hợp nút bao gồm nhiều nút khác nhau hợp thành, cụ thể là một gói số liệu đợc gửi tới một địa chỉ đa hớng sẽ đợc chuyển tới tất cả các nút trong địa chỉ Multicast đó.

1.2.3.5 Giao thức ARP

Khi hai máy trên mạng Internet muốn kết nối với nhau thì chúng phải biết điạ chỉ của nhau, địa chỉ đợc sử dụng là địa chỉ Internet Tuy nhiên nếu hai máy cùng trong một mạng vật lý thì chúng không thể sử dụng địa chỉ IP để liên lạc với nhau, chúng chỉ có thể kết nối với nhau khi chúng biết đợc địa chỉ vật lý của nhau Vấn đề đặt ra là làm sao một trạm hay một Router có thể ánh xạ địa chỉ IP (32 bits hoặc 128 bits ) sang địa chỉ vật lý (48 bits) khi chúng cần gửi một gói dữ liệu qua mạng vật lý Trớc kia trong các hệ thống sử dụng giao thức TCP/IP thì phải có một bảng chỉ ra sự liên quan giữa địa chỉ IP và địa chỉ vật lý (địa chỉ MAC) tuy nhiên ngày vấn đề này đợc giải quyết thông qua giao thức xác định địa chỉ ARP (Address Resolution Protocol) Giao thức ARP cho phép

một trạm có thể biết đợc địa chỉ vật lý của một trạm khác trên cùng một mạng vật lý khi nó biết địa chỉ IP của trạm kia

Hình 1.6 minh hoạ điều đó.

Hình 1.6: Giao thức ARP

Khi một máy trạm có địa chỉ 129.1.1.1 muốn biết địa chỉ vật lý của máy

trạm có địa chỉ 129.1.1.4 thì nó gửi đi một gói tin đặc biệt có chứa địa chỉ IP 129.1.1.4 đến tất cả các trạm khác (Sử dung chế độ Broadcast) để yêu cầu trả lời

cho biết địa chỉ vật lý của máy này Tất cả các trạm trên mạng đều nhận đợc thông báo này nhng chỉ có trạm có địa chỉ IP là 129.1.1.4 nhận ra địa chỉ IP của

nó nên nó gửi cho máy 129.1.1.1 một phúc đáp trả lời địa chỉ vật lý của nó

Tuy nhiên nếu bất cứ lúc nào muốn kết nối, mỗi máy trạm đều phải thực hiện quảng bá yêu cầu ARP nh vậy sẽ làm tăng khả năng tắc nghẽn trên mạng vì tất cả các máy trong mạng đều nhận đợc yêu cầu này và phải xử nó Để tránh tình trạng này trên mỗi máy trạm đều có thiết kế một vùng nhớ gọi là ARP table

hoặc ARP cache Bảng này sẽ lu giữ địa chỉ IP tơng ứng với địa chỉ vật lý của

các máy trạm gần nhất mà nó nhận đợc và đợc cập nhật tự động khi nhận đợc trả lời ARP Trớc khi gửi đi một yêu cầu ARP thì một máy trạm sẽ tìm trong ARP table xem có địa chỉ vật lý nào tơng ứng với điạ chỉ IP mà nó muốn kết nối hay không, nếu có thì nó sẽ gửi dữ liệu mà không phải phát yêu cầu ARP Bên cạnh đó để giảm việc phát đi các yêu cầu ARP thì khi một máy trạm nào trả lời một yêu cầu ARP nó sẽ tự động cập nhật địa chỉ IP và địa chỉ vật lý của nơi yêu cầu vào ARP table Các ARP table này tuỳ theo cấu trúc khác nhau mà có ph-ơng pháp cập nhật hoặc loại bỏ địa chỉ khác nhau Hình 1.7 chỉ ra các để thực hiện một yêu cầu ARP.

Hình 1.7: Các bớc thực hiện ARP

1 Trớc khi thực hiện kết nối thì máy trạm phải biết địa chỉ MAC t-ơng ứng với địa chỉ IP.

2 Nó sẽ tìm trong ARP table xem có địa chỉ nào phù hơp không.

3 ARP table sẽ trả lời địa chỉ MAC (nếu có).

4 Nếu địa chỉ MAC không có trong ARP table thì máy đó sẽ phát ra yêu cầu ARP lên trên mạng, nếu địa chỉ MAC có trong ARP table thì kết nối đợc thực hiện.

5 Cùng với việc nhận đợc trả lời ARP thì ARP table đợc cập nhật Khuôn dạng của một gói tin ARP cũng nh RARP dùng cho mạng Ethernet

Hardware address of the source stationIP address of the source stationHardware address of the destination station

IP address of the destination station Hình 1.8: Khuôn dạng gói tin ARP/RARP ý nghĩa của các trờng trong khuôn dạng nh sau:

để chỉ các mạng LAN hoạt động theo các chuẩn IEEE 802 Trờng này mang giá trị 1 đối với các mạng Ethernet.

Apple Talk), trờng này mang giá trị 0800 ở hệ 16 đối với địa chỉ IP.

• Length of Protocol Address: Chỉ thị độ dài địa chỉ của giao thức cao cấp

• Hardware address of the source station: Địa chỉ vật lý của trạm gửi

• IP address of the source station: Địa chỉ IP của nơi gửi.

• Hardware address of the destination station: Địa chỉ vật lý của đích, trờng

này thờng đợc thiết lập là 0 trong các ARP Reqest, và đợc điền vào bằng các thủ tục phúc đáp của trạm đích.

• IP address of the destination station: Địa chỉ IP của nhận, nó đợc thiết lập bởi

trạm nguồn.

Khi các gói tin ARP đợc truyền trên mạng tuỳ theo cấu trúc của các mạng khác nhau mà có các khung dữ liệu gửi đi tơng ứng Các khung dữ liệu này đợc phân biệt với các khung tin loại khác bằng một trờng kiểu trong phần tiêu đề của khung Với mạng Ethernet, khung tin ARP có trờng kiểu mang giá trị 0806 ở hệ 16

1.2.3.6 Giao thức RARP(Reverse ARP)

Các máy tính thờng lu trữ địa chỉ IP của nó trên bộ nhớ thứ cấp, nơi mà hệ điều hành có thể tìm thấy khi khởi động Nhng với những máy tính không thờng xuyên làm việc với bộ nhớ thứ cấp (chẳng hạn chúng lu giữ tập tin trên một máy Server ở xa) thì chúng không biết địa chỉ IP của mình Vì vậy một máy tính không có ổ đĩa cứng khi khởi động phải liên lạc với Server để biết đợc địa chỉ IP của nó trớc khi kết nối vào hệ thống sử dụng TCP/IP

Máy tính có thể nhận biết đợc địa chỉ vật lý của nó từ phần cứng giao tiếp mạng đợc cài đặt trên nó Từ địa chỉ vật lý này, các máy tính không có bộ nhớ thứ cấp có thể tìm ra địa chỉ IP của nó thông qua giao thức RARP.

Khuôn dạng của thông báo RARP về cơ bản giống khuông dạng của thông báo ARP, chỉ khác về cách thức khai báo một số trờng trong đó.

Cũng nh thông báo ARP, một thông báo RARP cũng đợc đóng trong một khung thông tin mạng và đợc gửi từ máy này đến máy khác Phần tiêu đề của khung tin có chứa một trờng kiểu mang giá trị 8035 ở hệ 16 cho phép phân biệt khung tin chứa thông báo RARP với các khung tin dạng khác Hình 1.9 minh hoạ cách thức mà một máy sử dụng RARP để xác định địa chỉ IP của nó.

Để biết địa chỉ IP của mình, đầu tiên máy A quảng bá một yêu cầu RARP đến tất cả các máy khác A cung cấp địa chỉ vật lý của nó trong gói tin RARP Tất cả các máy trên mạng đều nhận đợc yêu cầu này nhng chỉ có máy nào cung cấp dịch vụ RARP mới tiến hành xử lý và trả lời yêu cầu này Những máy đó đ-ợc gọi là các RARP Server Trong một mạng con nói chung cần phải có một máy tính nh vậy.

Hình 1.9 Giao thức RARP

1.2.3.7 ARP uỷ quyền

ARP uỷ quyền là phơng pháp mà trong đó một máy thờng là một Router trả lời các yêu cầu ARP cho các máy khác bằng cách cung cấp địa chỉ vật lý của chính nó Bằng cách tạo ra một máy khác, Router chấp nhận trách nhiệm chuyển các gói Mục đích của ARP uỷ quyền là cho phép một khu vực sử dụng một địa chỉ mạng với nhiều địa chỉ vật lý.

Nh hình 1.10 ARP uỷ quyền cho phép một địa chỉ mạng đợc chia sẻ giữa hai mạng vật lý Router R trả lời cho các yêu cầu ARP ở mỗi mạng cho các Hosts ở các mạng khác bằng cách đa ra địa chỉ vật lý của nó và sau đó nó sẽ chuyển tiếp các gói khi nó nhận đợc Router R biết máy nào nằm ở mạng vật lý nào và dùng ARP uỷ quyền để tạo ra ảo giác rằng chỉ có một mạng tồn tại Để làm đợc việc đó R lu giữ vị trí của các Hosts và cho phép tất cả các Hosts trong mạng liên lạc với nhau nh là kết nối trực tiếp.

Hình 1.10: ARP uỷ quyền nối hai mạng vật lý có cùng địa chỉ mạng