TCP/IP là một họ giao thức gồm có giao thức TCP và giao thức IP cùng làm việc với nhau để cung cấp phương tiện truyền thông trên mạng. TCP/IP là một bộ giao thức cơ bản, làm nền tảng cho truyền thông liên mạng.
Trong thực tế, TCP/IP không đơn thuần chỉ là sự kết hợp của hai giao thức trên mà nó bao hàm tất cả các giao thức họ TCP/IP - là một hệ thống các phần mềm cung cấp các dịch vụ trên mạng như: Truy nhập từ xa(Remote login), truyền file (file transfer) và thư điện tử (Electronic mail). TCP/IP là một bộ giao thức phong phú, mở, mềm dẻo đang tiếp tục phát triển một cách tự nhiên do sự thích nghi với các phần cứng, phần mềm và các môi trường ứng dụng mới.
Hình 2.7: Mô hình giao thức 4 lớp TCP/IP so với mô hình OSI
Mô hình giao thức TCP/IP đơn giản hơn về mặt nội dung so với mô hình OSI. Bao gồm 4 lớp, và có chức năng như sau:
• Physical ( Network Access ): Tương ứng với các lớp vật lý và liên kết dữ liệu trong mẫu OSI. Ngoài ra, các lớp cao hơn được xác định để làm việc trên các mạng vật lý đang tồn tại, giống như Ethenet, Token ring, FDI, ATM...
• Network: Tương ứng với lớp mạng trong OSI. Các giao thức ở mức này bao gồm: Giao thức Internet(IP), giao thức thông báo điều khiển Internet (ICMP), giao thức phân địa chỉ (ARP) , RARP, v.v... • Transport: Lớp này tương ứng với lớp giao vận trong mô hình 7 lớp
OSI bao gồm giao thức điều khiển truyền (TCP) và giao thức gói dữ liệu người sử dụng (UDP).
• Application: Tương ứng với các lớp ứng dụng và lớp trình diễn trong mô hình OSI. Có một số lớn trong giao thức ứng dụng được sử dụng trong lớp này như: FTP, HTTP, SMTP, SNMP...
Hình dưới chỉ ra các giao thức chủ yếu của TCP/IP được sử dụng trong mô hình TCP/IP.
H
Hììnnhh22..8:8:CCááccggiiaaootthhứứcccchhủủyyếếuuttrroonnggTTCCPP//IIPP
2.2.2 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 tương tự như vai trò của giao thức tầng mạng trong mô hình OSI. IP là một Giao thức không kết nối (connectionless), tức là không cần có giai đoạn thiết lập lần kết trước khi truyền dữ liệu. Đơn vị dữ liệu truyền dùng trong giao thức IP là Internet Datagram hay IP Datagram hoặc ngắn gọn hơn là Datagram. Một datagram được chia làm hai phần: Phần tiêu đề (header) và phần chứa dữ liệu cần truyền (data). Trong đó phần header gồm một số trường chứa thông tin điều khiển ví dụ nhưđịa chỉ nguồn, địa chỉ đích, các cờ...
Địa chỉ IP.
Trong liên mạng, các trạm (Host) được định danh bằng địa chỉ IP 32bit (xét cho Ipv4). Địa chỉ IP cho mỗi trạm trên liên mạng là duy nhất. Địa chỉ IP 32 bit được phân làm 4 vùng mỗi vùng chiếm 8 bit.
Do số mạng con (Subnet) cũng như số trạm làm việc trong từng mạng được tổ chức không đồng nhất nên địa chỉ IP được chia làm 5 lớp, được ký hiệu bởi các chữ
cái A, B, C, D, E. Trong đó 3 lớp chính là A, B, C, mỗi lớp địa chỉ được đặc trưng bởi một số bit đầu tiên của Byte đầu tiên.
Lớp A : Được đặc trưng bởi bit đầu tiên của Byte đầu tiên là 0. Lớp B : Được đặc trưng bởi bit đầu tiên của Byte đầu tiên là 10. Lớp C : Được đặc trưng bởi bit đầu tiên của Byte đầu tiên là 110. Lớp D : Được đặc trưng bởi bit đầu tiên của Byte đầu tiên là 1110. Lớp E : Được đặc trưng bởi bit đầu tiên của Byte đầu tiên là 11110. Bảng 2.9: Cấu trúc lớp địa chỉ IP
- Lớp A bao gồm 126 mạng, với tối đa 16 triệu host trên mỗi mạng. Lớp này được dùng cho các mạng có số trạm cực lớn
- Lớp B bao gồm 16384 mạng, với tối đa 65534 host trên mỗi mạng. - Lớp C bao gồm 2 triệu mạng, với tối đa 256 host trên mỗi mạng
- Lớp D dùng để gửi IP Datagram tới một nhóm các host trên một mạng. - Lớp E dùng trong tương lai.
Sẽ xảy ra trường hợp một mạng thành viên lại gồm có nhiều mạng con hợp lại. Trong trường hợp đó, người ta đưa vào địa chỉ IP thêm 1vùng gọi là Subnetid lấy từ Hostid để định danh cho các mạng con (Subnet). Việc đưa thêm vùng Subnet được minh hoạ:
Bảng 2.10 : Bổ sung phần Subnet
2.2.3 Giao thức TCP
TCP là giao thức kiểu “có liên kết” (connection oriented) nghĩa là cần phải thiết lập liên kết (logic) giữa một cặp thực thể TCP trước khi chúng trao đổi dữ liệu với nhau. Đơn vị dữ liệu sử dụng trong TCP được gọi là segment (đoạn dữ liệu), có khuân dạng mô tả trong hình dưới đây.
Bảng 2.11 : Khuân dạng của TCP segment
Một tiến trình ứng dụng trong một host truy nhập vào các dịch vụ của TCP cung cấp thông qua một port (cổng). Một cổng kết hợp với một địa chỉ IP tạo thành một socket duy nhất trong liên mạng. Dịch vụ TCP được cung cấp nhờ một liên kết logic giữa một cặp socket. Một socket có thể tham gia nhiều liên kết với các socket ở xa nhau. Trước khi truyền dữ liệu giữa hai trạm cần phải thiết lập một liên kết TCP giữa chúng và khi không còn nhu cầu truyền dữ liệu thì liên kết đó sẽ hoàn toàn giải phóng. Cũng giống như các giao thức khác, các thực thể ở tầng trên sử dụng TCP
thông qua các hàm dịch vụ nguyên thuỷ (service primitives) lời gọi hàm, hay còn gọi là các lời gọi hàm (function calls)
Một liên kết có thểđược mở theo một trong hai cách: chủđộng active hoặc bị động passive. Với phương thức passive thì đầu tiên TCP tại trạm muốn thiết lập liên kết sẽ “nghe” và chờ yêu cầu liên kết đến từ một trạm khác. Passive open có thể là không đặc tả, hay là đặc tả đầy đủ. Nếu Passive Open là không đặc tả thì người dùng chúng phải chỉ ra một socket cụ thể mà mình muốn thiết lập liên kết. Liên kết sẽđược thiết lập nếu có một Acctive Open tương hợp được gửi từ socket đó. Còn nếu Passive Open là đặc tả đầy đủ thì người sử dụng khai báo sẵn sàng thiết lập liên kết với một trạm bất kỳ. Với phương thức Acctive, người sử dụng yêu cầu TCP thử thiết lập một liên kết với một socket nào đó với mức ưu tiên và độ an toàn nhất định. Nếu trạm ở xa thì đáp lại bằng một Passive Open tương hợp hoặc đã gửi đi một Active Open tương hợp thì liên kết sẽ được thiết lập. Nếu hai Open Primitive là tương hợp thì quyền ưu tiên thiết lập liên kết sẽ dành cho Open Primitive nào đó có mức ưu tiên cao hơn. Open ID Primitive được ICP dùng để thông báo đến người sử dụng biết tên của liên kếtđược yêu cầu. Nếu liên kết được thiết lập thành công thì hàm Open Success primitive được dùng để thông báo cho người sử dụng biết (cũng được sử dụng trong trường hợp Passive Open). Còn nếu thiết lập thất bại thì hàm Open failure primitive được dùng để thông báo. Sau khi liên kết được thiết lập có thể bắt đầu quá trình trao đổi dữ liệu.
Để huỷ bỏ một liên kết được thực hiện theo một trong hai cách: dùng close primitive hoặc dùng Abort primitive. Close primitive yêu cầu đóng liên kết một cách bình thường, có nghĩa là việc truyền dữ liệu trên liên kết đó đã hoàn tất. Người dùng có thể đóng một liên kết một cách bất thường bằng cách dùng hàm Abort primitive như sau: Bên A phát đi một hàm Abort để báo cho bên B biết nó đã đơn phương huỷ bỏ liên kết. Toàn bộ dữ liệu đang được truyền có thể bị mất. Bên B sau khi nhận được Abort Primitive của bên A thì TCP của nó sẽ gửi lên một hàm Terminate để báo cho người sử dụng của mình biết liên kết đã được huỷ bỏ.
2.2.4 Giao thức UDP
UDP (User Datagram Protocol) là giao thức “không liên kết” connectionless được sử dụng thay thế cho TCP ở trên IP theo yêu cầu của ứng dụng. Khác với TCP , UDP không có các chức năng thiết lập và giải phóng liên kết, tương tự như IP. Nó cung cấp các cơ chế báo nhận, không sắp xếp tuần tự các đơn vị dữ liệu (Datagram) đến và có thể dẫn đến tình trạng mất hoặc trùng dữ liệu mà không hề có thông báo lỗi cho người gửi. Tóm lại là nó cung cấp các dịch vụ giao vận không tin cậy như TCP
D
Dooccóóíítt cchứhứccnănănnggpphứhứccttạạppnnêênnUUDDPPccóóxxuutthếhế hhoạoạttđđộộnnggnnhhaannhhhơhơnnssoovvớớii T
TCCPP..KKhhuuâânndạdạnnggcủcủaaUUDDPPddaattaaggrraamm,,vớvớiiccáácctthhaammsốsố đđơơnnggiiảảnnhơhơnnnnhhiiềềuussoovớvớiiTTCCPP.. Bảng 2.12 : Khuân dạng của UDP
2.2.5 Giao thức quản lý mạng đơn giản SNMP
SNMP (Simple Network Management Protocol) được thiết kế dựa trên mô hình Manager/Agent. Được gọi là “đơn giản” vì Agent đòi hỏi phần mềm tối thiểu. Hầu hết các chức năng xử lý và lưu trữ dữ liệu đều nằm trên hệ quản trị, trong khi chỉ có một tập con của các chức năng đó được cài đặt trên hệ quản trị. SNMP bao gồm một tập hạn chế các lệnh quản trị (commands/responses). Hệ quản trị gửi các lệnh Get, Getnext và Set để tìm kiếm các biến đơn hoặc đối tượng hoặc để thiết lập giá trị của một biến đơn. Hệ bị quản trị gửi tới hệ quản trị một thông báo sự kiện, gọi là một Trap, khi xảy ra các điều kiện chẳng hạn như một ngưỡng vượt quá một giá trị xác định trước.
SNMP giả định mạng kiểu “không liên kết” có nghĩa là không cần thiết lập liên kết trước khi truyền dữ liệu. Thay vì sử dụng TCP/IP, ở đây SNMP đòi hỏi UDP/IP ở các tầng dưới.
Trong một môi trường SNMP những chương trình được gọi là Agent (phần mềm đại lý) được tải lên từng thiết bị được quản lý. Các Agent theo dõi tình hình lưu thông trên mạng và hoạt động của những thành phần mạng quan trọng này nhằm thu thập dữ liệu thống kê. Dữ liệu thống kê được lưu trong một cơ sở thông tin quản lý (MIB –Management Information Base)
Các thành phần SNMP gồm: Hub; máy phục vụ (server); card giao diện; bộ định tuyến và cầu nối; các thiết bị mạng chuyên dụng khác.
Để thu thập thông tin theo hình thức hữu ích, một console (bộ giao tiếp người máy) chương trình quản lý đặc biệt thường xuyên thăm dò (poll) các Agent này và tải
thông tin từ MIB của chúng. Một khi thông tin chưa được xử lý, đã được thu thập, chương trình quản lý có thể thi hành thêm hai tác vụ sau:
• Biểu diễn thông tin dưới dạng đồ thị, bản đồ, sơ đồ
• Gửi thông tin đến các chương trình cơ sở dữ liệu đã được chỉđịnh để phân tích
Nếu có dữ liệu nào nằm trên hoặc dưới ngưỡng do nhà quản trị ấn định, chương trình quản lý có thể thông báo đến nhà quản trị bằng các phương tiện báo lỗi (alert) trên máy tính hoặc thậm chí tự động quay một số nhắn tin. Đội ngũ hỗ trợ kỹ thuật khi đó có thể dùng chương trình console quản lý thực hiện các thay đổi trên mạng, tuỳ thuộc vào thành phần đó.
2.2.6. Giao thức PPP
PPP –Point to Point Protocol nằm trong lớp datalink của phân lớp mạng. Nó kết nối từđiểm tới điểm, kết nối một cách trực tiếp giữa 2 node. Kết nối điểm - điểm
thông qua PPP phải quay số trực tiếp từ đường dây điện thoại (Ví dụ: qua modem 56K), một đường kết nối SONET/SDH, một kết nối X.25, hoặc
mạch ISDN. PPP là giao thức cho phép người sử dụng kết với ISP thông qua quay số. Về phương thức hoạt động của PPP bao gồm hai giai đoạn: giai đoạn thiết lập liên kết gọi là giao thức điều khiển liên kết (LCP - Link Control Protocol) cung cấp thông tin điều khiển để thiết lập kết nối, các thông sốđể cấu hình kết nối, kiểm tra chất lượng kết nối và giải phóng kết nối ở mức liên kết dữ liệu. Giai đoạn thứ hai là giai đoạn thiết lập mạng hay còn gọi là giao thức điều khiển mạng (NCP - Network Control Protocol) cung cấp các thông tin điều khiển để thiết lập kết nối, cấu hình kết nối, giám sát trạng thái hoạt động của kết nối và giải phóng kết nối ở mức mạng. Hình dưới đây chỉ ra định dạng gói PPP:
Bảng 2.13:Khung dữ liệu PPP
Loại thông tin trong trường Data được quy định bởi giá trị của trường Protocol. Do vậy hai bytes được dùng để chỉ thị loại giao thức được chứa trong vùng Data. Ví dụ giả sử trong trường Data là giao thức IP thì giá trị trong trường Protocol sẽ là 0x0021.
Khi liên kết là lần đầu tiên kết nối, thì giai đoạn thiết lập LCP sẽ được thực hiện. Trong quá trình này, có nhiều tham số liên kết dữ liệu khác nhau được thiết lập. Một trong những tham sốđó là: kích thước lớn nhất của gói PPP, xác nhận giao thức được dùng cũng như các tuỳ chọn trong việc chèn protocol hay header. Gói LCP được chỉ thị bằng giá trị 0xC021 trong trường Protocol.
Sau giai đoạn thiết lập LCP, giai đoạn thiết lập NCP được thực hiện. Đối với IP thì NCP dùng giao thức IPCP - IP Control Protocol. Giao thức này được định nghĩa trong RFC 1332. IPCP cho phép các địa chỉ IP được thiết lập tại đầu cuối của trạm. Gói NCP được định nghĩa trong trường Protocol với giá trị là 0x8021.
Hai giao thức xác nhận quan trọng có thểđược dùng với PPP là: giao thức xác nhận điểm - điểm (PAP - Point to Point Authentication Protocol) và giao thức xác nhận yêu cầu (CHAP - Challenge Authentication Protocol). Đối với PAP chủ yếu là bao gồm một đầu cuối (thường là người dùng) gởi username và password đến một đầu cuối khác (thường là mạng được truy cập). Đối với CHAP thì chủ yếu là một đầu cuối của kết nối (thường là đầu cuối mạng) gửi yêu cầu đến một đầu cuối khác và đầu cuối đó phúc đáp lại yêu cầu.
PAP hoặc CHAP thường hoạt động giữa hai quá trình thiết lập LCP và NCP. Trong trường hợp dùng với IP, PPP sẽ cung cấp phương thức thiết lập và tạo liên kết được hoạt động như sau:
• Cấu hình liên kết sao cho các gói có thểđược gửi một cách tin cậy giữa các điểm cuối (LCP).
• Chắc chắn rằng mạng xác nhận đúng người dùng đang truy cập mạng (PAP và CHAP) .
• Sau khi đã có độ tin cậy trong nhận dạng người dùng thì diễn ra việc ấn định địa chỉ người dùng đó trên mạng truy nhập (NCP).
Khi tất cả các quá trình thiết lập và nhận dạng được hoàn thành thì lúc này kết nối mới thực sựđược thiết lập giữa hai đầu cuối.
2.2.7.Ethernet
Công nghệ Ethernet là phát minh của ba tập đoàn Xerox, DEC, Intel từ đầu những năm 1970. Ethernet là công nghệ mạng cục bộđược tổ chức kết nối theo dạng đường thẳng (Bus) sử dụng phương pháp điều khiển truy nhập ngẫu nhiên CSMA/CD với tốc độ trao đổi số liệu 10 Mbit/s.
Ethernet tiến hành chia dữ liệu thành từng gói hay còn được gọi là khung. Các khung thường có độ dài 64 - 1518 byte bao gồm các byte dữ liệu và các byte thông số của khung. Dưới đây là cấu trúc khung của Ethernet theo chuẩn IEEE 802.3.
P
Đ Độộddààii::77bbyyttee((5566bbiitt)) G Giiááttrịrị ccááccbbiitt::110011001100...1100((ddããyyccááccbbiitt11vvàà00tthhaayy đđổổiilliiêênnttiếiếpp)) M Mụụcc đđíícchh::ddùùnnggcchhoovviệiệcctthhiếiếttlậlậpp đđồồnnggbộbộttạạiipphhííaatthhuu..