6.6 Bộ giao thức liên mạng (IPs Internet Protocols)
6.6.7.3 Giao thức phân giải địa chỉ ngược RARP (Reverse Address Resolution
in bytes 1 Chi4 cho giao thều dài địa chức IP ỉ của giao thức, có giá trị là Operation 2 Là 1 nếu là khung yêu cầu, là 2 nếu là khung
trả lời Sender Ethernet
Address 6 -
Sender IP Address 4 - Destination Ethernet
Address 6 Không sử dụng đến trong yêu cầu của ARP Destination IP
Address 4 -
Nhờ vào việc gởi các yêu cầu này, một máy tính có thể bổ sung thông tin cho vùng cache của giao thức ARP, nhờđó cập nhật kịp thời mọi sự thay đổi của sơđồ mạng. Thông thường thời gian quá hạn (Time-out) cho một thông tin trong vùng cache là 20 phút. Một yêu cầu ARP cho một máy tính không tồn tại trên nhánh mạng được lặp lại một vài lần xác định nào đó.
Nếu một máy tính được nối kết vào nhiều hơn một mạng bằng giao diện mạng, khi đó sẽ tồn tại những vùng cache ARP riêng cho từng giao diện mạng.
Lưu ý, ARP trên một máy tính chỉ thực hiện việc xác địa chỉ vật lý cho các địa chỉ cùng địa chỉ mạng / mạng con với nó mà thôi. Đối với các gói tin gởi cho các máy tính có địa chỉ IP không cùng một mạng / mạng con với máy gởi sẽđược chuyển hướng cho một router nằm cùng mạng với máy gởi để chuyển đi tiếp.
Vì các yêu cầu ARP được quảng bá rộng rãi, cho nên bất kỳ một máy tính nào đang duy trì một vùng cache đều có thể theo dõi tất cả các yều cầu được quảng bá này để lấy thông tin vềđịa chỉ vật lý và địa chỉ IP của máy gởi yêu cầu và bổ sung vào vùng cache của nó khi cần thiết. Khi một máy tính khởi động, nó gởi một yêu cầu ARP ( có thể cho chính nó) nhưđể thông báo với các máy tính khác về sự xuất hiện của nó trong mạng cục bộ.
Có thể gán nhiều hơn một địa chỉ IP cho một địa chỉ vật lý. Chú ý rằng, định dạng của yêu cầu ARP thì được thiết kếđể có thể hỗ trợđược cho các giao thức khác ngoài IP và Ethernet.
6.6.7.3 Giao thức phân giải địa chỉ ngược RARP (Reverse Address Resolution Protocol) Protocol)
Ngày nay, các trạm làm việc không đĩa cứng (Diskless workstation) được sử dụng rộng rãi. Mỗi máy tính chỉ cần bộ xử lý và bộ nhớ, tất cả không gian lưu trữđược cung cấp từ một máy chủ (Server) sử dụng một hệ thống tập tin mạng theo một chuẩn nào đó. Do không có các tập tin cấu hình, tiến trình khởi động của các máy tính này thường sử dụng một giao thức truyền tải tập tin rất đơn giản như TFTP. Tuy nhiên, trước khi có thể nối kết đến được server, các trạm làm việc cần phải biết được địa chỉ IP của nó. Giao thức RARP được dùng trong trường hợp này. RARP sử dụng cùng định dạng yêu cầu của ARP nhưng trường Operation có giá trị là 3 cho yêu cầu và 4 cho trả lời. Trên server duy trì một bảng mô tả mối tương quan giữa địa chỉ vật lý và địa chỉ IP của các máy trạm. Khi nhận được yêu cầu RARP, server tìm trong bảng địa chỉ và trả vềđịa chỉ IP tương ứng cho máy trạm đã gởi yêu cầu.
6.6.7.4 Giao thức thông điệp điều khiển Internet ICMP (Internet Control Message Protocol)
Giao thức ICMP được cài đặt trong hầu hết tất cả các máy tính TCP/IP. Các thông điệp của giao thức được gởi đi trong các gói tin IP và được dùng để gởi đi các báo lỗi hay các thông tin điều khiển.
ICMP tạo ra nhiều loại thông điệp hữu ích như :
Đích đến không tới được (Destination Unreachable),
Thăm hỏi và trả lời (Echo Request and Reply),
Chuyển hướng (Redirect),
Vượt quá thời gian (Time Exceeded),
Quảng bá bộ chọn đường (Router Advertisement)
Cô lập bộ chọn đường (Router Solicitation)
....
Nếu một thông điệp không thể phân phát được thì nó sẽ không được gởi lại. Điều này để tránh tình trạng di chuyển không bao giờ dừng của các thông điệp ICMP.
Nếu một thông điệp « Đích đến không tới được » được gởi đi bởi một router, điều đó có nghĩa rằng router không thể gởi gói tin đến đích được. Khi đó router sẽ xóa gói tin ra khỏi hàng đợi của nó. Có hai nguyên nhân làm cho một gói tin không thểđi đến nơi được. Phần lớn là máy gởi mô tả một địa chỉ nhận mà nó không tồn tại trên thực tế. Trường hợp ít hơn là router không biết đường đi đến nơi nhận gói tin.
Thông điệp Đích đến không tới được được chia thành bốn loại cơ bản là :
Mạng không đến được (Network unreachable) : Có nghĩa là có sự cố trong vấn đề vạch đường hoặc địa chỉ nhận của gói tin.
Máy tính không đến được (Host unreachable) : Thông thường dùng để chỉ trục trặc trong vấn đề phân phát, như là sai mặt nạ mạng con chẳng hạn.
Giao thức không đến được (Protocol unreachable) : Máy nhận không hỗ trợ giao thức ở tầng cao hơn như gói tin đã mô tả.
Cổng không đến được (Port unreachable) : Socket của giao thức TCP hay cổng không tồn tại.
Một thông điệp « Thăm hỏi và trả lời » được tạo ra bởi lệnh ping từ một máy tính để kiểm tra tính liên thông trên liên mạng. Nếu có một thông điệp trả lời, điều đó biểu hiện rằng giữa máy gởi và máy nhận có thể giao tiếp được với nhau.
Một thông điệp « Chuyển hướng » được gởi bởi một router đến máy đã gởi gói tin để khuyến cáo về một đường đi tốt hơn. Router hiện tại vẫn chuyển tiếp gói tin mà nó nhận được. Thông điệp chuyển hướng giữ cho bảng chọn đường của các máy tính được nhỏ bởi vì chúng chỉ cần chứa địa chỉ của một router mà thôi, thậm chí router đó cung cấp đường đi không phải là tốt nhất. Đôi khi sau khi nhận được thông điệp chuyển hướng, thiết bị gởi vẫn sử dụng đường đi cũ.
Một thông điệp « Vượt quá thời hạn » được gởi bởi một router nếu thời gian sống (Time–to-live) của gói tin, tính bằng số router hay giây, có giá trị là 0. Thời gian sống của gói tin giúp phòng ngừa trường hợp gói tin được gởi đi lòng vòng trên mạng và không bao giờđến nơi nhận. Router sẽ bỏđi các gói tin đã hết thời gian sống.
Chương 7: TẦNG VẬN CHUYỂN Mục đích
Chương này nhằm giới thiệu với người đọc những nội dung sau:
• Vai trò của tầng vận chuyển và các chức năng mà tầng vận chuyển cung cấp cho tầng ứng dụng
• Ý nghĩa và cơ chế thiết lập nối kết và giải phóng nối kết cho các nối kết điểm – điểm
• Chi tiết về hay giao thức TCP và UDP thuộc tầng vận chuyển
Yêu cầu
Sau khi học xong chương này, người học phải có được những khả năng sau: • Biện luận được sự cần thiết của tầng vận chuyển trong một liên mạng
• Giải thích được cơ chế thiết lập và xóa nối kết các cuộc giao tiếp điểm-điểm của tầng vận chuyển
• Trình bày được nguyên tắc hoạt động của hai giao thức TCP và UDP của mạng Internet
7.1 Dịch vụ của tầng vận chuyển
Trong khi tầng mạng đảm bảo việc chuyển gói tin từ một host đến một host khác, tầng vận chuyển lại làm trung gian giữa tầng mạng và các ứng dụng mạng – nó chuyển thông tin giữa các tiến trình chạy trên các host khác nhau. Phần sau sẽ thảo luận về các dịch vụ và kiểu dịch vụ mà tầng vận chuyển cung cấp cho tầng ứng dụng.
7.1.1 Các dịch vụ cung cấp cho tầng ứng dụng
Mục tiêu quan trọng của tầng vận chuyển là cung cấp dịch vụ vận chuyển gói tin hiệu quả, tin cậy và tiết kiệm chi phi cho người dùng của nó, ởđây là các tiến trình chạy ở tầng ứng dụng.
Phần cứng/mềm nằm trong lớp vận chuyển và hoạt động ởđó được gọi là thực thể vận chuyển. Thực thể vận chuyển có thể nằm ở nhân của hệđiều hành, trong một tiến trình người dùng riêng biệt, trong một gói thư viện liên quan đến các ứng dụng mạng, hoặc thậm chí được gói gọn trong card mạng.
Mối quan hệ logic giữa tầng mạng, tầng vận chuyển và tầng ứng dụng được thể hiện trong hình sau H7.1.
H7.1 Các tầng mạng, vận chuyển và ứng dụng
Có hai kiểu dịch vụ vận chuyển: có nối kết và không nối kết. Và tầng vận chuyển cũng phải cung cấp các tham sốđể người dùng chỉđịnh loại dịch vụ họ mong muốn.
Loại dịch vụ vận chuyển có nối kết hoạt động giống như dịch vụ có nối kết của tầng mạng. Nghĩa là nó có 3 kỳ: thiết lập nối kết, truyền dữ liệu và hủy nối kết. Loại dịch vụ không nối kết cũng giống nhưở tầng mạng, chỉđơn giản đẩy gói tin ra mạng và hy vọng nó đến đích.
Từđây phát sinh câu hỏi: Hai tầng vận chuyển và mạng hoạt động giống nhau, sao không nhập lại làm một? Câu trả lời rất dễ gây tranh cãi: Mã lệnh vận chuyển nằm hoàn toàn trong máy tính của người dùng, nhưng lớp mạng hầu hết chạy trên các router. Nếu nhập cả hai vào một lớp mạng, giả sử lớp mạng cung cấp dịch vụ không thỏa đáng thì sao? Nếu lớp mạng thường xuyên làm mất gói tin thì sao? Nếu các router bị chết thường xuyên thì sao?
Vấn đề phát sinh ở chỗ, người dùng không có quyền điều khiển thực sự lên lớp mạng, do đó họ không thể giải quyết vấn đề dịch vụ không tốt bằng cách chọn các đường đi khác, hay áp đặt thêm nhiều giải pháp điều khiển lỗi lên lớp liên kết dữ liệu. Khả năng duy nhất có thểđược là đặt trên lớp mạng một lớp khác làm nhiệm vụ cải thiện chất lượng dịch vụ. Nếu, trong một mạng con dạng hướng nối kết, một thực thể vận chuyển được thông báo giữa lúc truyền dữ liệu rằng kết nối mạng đã bị gãy, nó có thể thiết lập một kết nối mạng khác đến bên đối thoại bên kia, rồi gởi đi câu hỏi
rằng dữ liệu nào đã đến, cái nào chưa và cuối cùng khởi động lại từđiểm bị bỏ dở dang. Dữ liệu bị mất hoặc bị hư hỏng sẽđược phục hồi bởi lớp vận chuyển, do đó việc chuyển dữ liệu an toàn hơn. Như thường lệ, tại lớp vận chuyển, người ta thiết kế các hàm dịch vụ cơ sởđể triệu gọi các dịch vụ vận chuyển và các hàm này là đơn giản, duy nhất và độc lập với các hàm cơ sởở tầng mạng. Nhờ vào sựđộc lập này, sự phức tạp ở mức mạng bị che đi, các nhà lập trình ứng dụng có thể viết mã lệnh dựa vào một tập hợp chuẩn các hàm cơ sở mức vận chuyển và cho chương trình của họ chạy trên nhiều loại mạng mà không bịđau đầu bởi các vấn đề về giao diện các mạng con khác nhau và việc truyền tải không tin cậy.
7.1.2 Các hàm dịch vụ cơ sở
Các hàm dịch vụ cơ sởở lớp vận chuyển được chia thành hai nhóm theo phương thức hoạt động: có nối kết và không nối kết.
7.1.3 Các hàm dịch vụ hướng nối kết
Hàm Gói tin gởi đi Ý nghĩa
LISTEN Không có Nghẽn cho đến khi tiến trình nào đó nối kết tới
CONNECT (Connection Request) Yêu cầu kết nối trình khác Chủđộng yêu cầu thiết lập nối kết đến tiến SEND Dữ liệu (Data) Gởi thông tin đi
RECEIVE Không có Nghẽn cho đến khi một gói tin đến và nhận nó
DISCONNECT Yêu cầu hủy kết nối
(Disconnection Request) Muốn hủy kết nối với bên đối tác
7.1.4 Các hàm dịch vụ dạng không nối kết
Hàm Gói tin gởi đi Ý nghĩa
SEND Dữ liệu (Data) Gởi thông tin đi
RECEIVE Không có Nghẽn cho đến khi một gói tin đến và nhận nó
7.2 Các yếu tố cấu thành giao thức vận chuyển
Cũng giống như giao thức ở tầng liên kết dữ liệu, giao thức vận chuyển phải đối phó với các vấn đề vềđiều khiển lỗi, đánh số thứ tự gói tin và điều khiển luồng dữ liệu.
Tuy nhiên, giao thức trên hai tầng có nhiều điểm khác biệt quan trọng. Những khác biệt này xuất phát từ sự khác biệt của môi trường hoạt động của chúng (nhưđược chỉ ra trong hình H7.2).
H7.2. (a) Môi trường của lớp liên kết dữ liệu. (b) Môi trường của lớp vận chuyển
Tại lớp liên kết dữ liệu, hai router giao tiếp với nhau qua một kênh truyền vật lý, trong khi tại lớp vận chuyển, kênh truyền này được thay bằng cả một mạng con. Sự khác nhau này sẽ dẫn đến nhiều hệ lụy mà những người thiết kế giao thức vận chuyển phải đau đầu giải quyết: định địa chỉ các tiến trình trên các host khác nhau như thế nào, xử lý như thế nào đối với những trường hợp mất gói tin trong quá trình trao đổi hoặc gói tin đi chậm dẫn đến mãn kỳ và gởi thêm một gói tin bị trùng lắp, đồng bộ hóa hai tiến trình đang trao đổi dữ liệu như thế nào khi mà chúng đang ở rất xa nhau.
7.2.1 Định địa chỉ
Khi một tiến trình mong muốn thiết lập nối kết với một tiến trình khác từ xa, nó phải chỉ ra rằng nó muốn kết nối với tiến trình nào. (Vận chuyển hướng không nối kết cũng gặp vấn đề tương tự: thông điệp sẽ gởi đến ai?). Một phương pháp định địa chỉở tầng vận chuyển của Internet là dùng số hiệu cổng (port), còn ở trong mạng ATM là AAL-SAP. Chúng ta sẽ dùng từ chung nhất đểđịnh địa chỉ tiến trình là TSAP (Transport Service Access Point). Tương tự, địa chỉ trong tầng mạng được gọi là NSAP.
Hình H7.3 mô phỏng mối quan hệ giữa NSAP, TSAP và kết nối vận chuyển. Các tiến trình ứng dụng, cả client và server đều phải gắn vào một TSAP và thiết lập nối kết đến TSAP khác. Và kết nối này chạy qua cả hai TSAP. Mục tiêu của việc sử dụng các TSAP là vì trong một số mạng, mỗi máy tính chỉ có một NSAP, do đó cần phải có cách phân biệt nhiều điểm cuối mức vận chuyển khi chúng đang chia sẻ một NSAP.
Ví dụ, dàn cảnh một cuộc kết nối mức vận chuyển có thể diễn ra như sau:
1. Một server phục vụ thông tin về thời gian trên host 2 gắn nó vào TSAP 1522 để chờ một cuộc gọi đến.
2. Một tiến trình ứng dụng chạy trên host 1 muốn biết giờ hiện tại, vì thế nó đưa ra một yêu cầu nối kết chỉ ra TSAP 1208 là cổng nguồn và TSAP 1522 là cổng đích. Hành động này dẫn đến một kết nối vận chuyển được thiết lập giữa hai tiến trình client và server trên hai host 1 và 2.
H 6.3. TSAP, NSAP và kết nối vận chuyển 3. Tiến trình client gởi một yêu cầu đến server để hỏi về thời gian. 4. Server trả lời thời gian hiện tại cho client.
7.2.2 Thiết lập nối kết
Việc thiết lập nối kết nghe có vẻ dễ dàng, nhưng khi thực hiện có thể sẽ gặp nhiều rắc rối. Thoạt nhìn, một phiên thiết lập nối kết sẽ diễn ra như sau: một bên sẽ gởi TPDU yêu cầu nối kết (Connection Request – CR) đến bên kia, bên kia sẽ gởi một TPDU trả lời chấp nhận nối kết (Connection Accepted – CA).
Vấn đề phát sinh khi mạng làm mất, tồn trữ quá lâu hay làm trùng lắp các gói tin do hai thực thể vận chuyển trao đổi qua lại với nhau. Ví dụ một tình huống như sau: tiến trình 1 gởi yêu cầu kết nối đến tiến trình 2, yêu cầu này bị các mạng con trung gian trì hoãn do tắc nghẽn. Mãn kỳ, tiến trình 1 gởi lại yêu cầu nối kết, vừa lúc đó yêu cầu nối kết bị trì hoãn cũng đến tiến trình 2.
Giải thuật thiết lập nối kết phổ biến nhất là giải thuật bắt tay 3 chiều (three-way hand-shake). Xin xem các tình huống được mô phỏng trong Hình H7.4. Giả sử yêu cầu nối kết phát sinh ở host 1. Host 1 chọn một số thứ tự là x và đính kèm sốđó trong TPDU CR ( CR (seq=x) ) gởi đến host 2. Host 2 báo nhận ACK ( ACK (seq = y, ACK = x) ) và thông báo số thứ tự khởi đầu của nó là y. Cuối cùng host 1 báo nhận cho host 2 nó đã biết số thứ tự khởi đầu của host 2 là y bằng TPDU dữ liệu đầu tiên gởi đến host 2 ( DATA (seq=x, ACK=y) ).
Bây giờ xét đến tình huống TPDU CR bị trùng lắp. Khi TPDU CR thứ hai đến host 2, host 2 liền