G II THIệU MạN MáY TíN HÍ
5.1.2 Protocol làm việc nh thế nào ?
Khi dữ liệu truyền trên mạng nó đợc chia ra làm các phần rời rạc và đợc truyền theo các tầng riêng biệt. Thứ tự các tầng phải giống nhau trong tất cả các máy tính trên mạng. Khi máy tính gửi đi thì các tầng đó đợc thực hiện từ trên xuống d- ới. Khi máy tính nhận thì các tầng thực hiện từ dới lên.
ở máy tính gửi
- Protocol chia dữ liệu thành các phần nhỏ gọi là package và do protocol
quản lý.
- Thêm các thông tin về địa chỉ cho gói để gửi tới máy đích.
- Chuẩn bị để gửi các gói dữ liệu ra card mạng và gửi lên mạng.
ở máy tính nhận
- Protocol nhận các gói dữ liệu từ cáp.
- Mang các gói dữ liệu thông qua card mạng.
- Chuyển tất cả các thông tin từ các gói dữ liệu .
- Copy dữ liệu từ các gói vào buffer để tập hợp lại
- Chuyển các dữ liệu đẫ tập hợp cho ứng dụng sử dụng.
Cả ở máy tính nhận và máy tính gửi thực hiện các bớc giống nhau vì vậy dữ liệu có cùng cấu trúc khi nhận cũng nh khi gửi. Có rất nhiều các giao thức khác nhau, các
Hình 5.2 Phân loại các giao thức
Application Protocol
Chúng làm việc ở tầng cao nhất trong mô hình tham chiếu OSI , cung cấp sự trao đổi giữ liệu giữa các ứng dụng với nhau.bảng sau bao gồm các giao thức phổ biến:
Giao thức Mô tả
APPC (Advanced Program-to- Program Communication
Một giao thức trong mô hình DNA của IBM FTAM (File Transfer Access
and Management)
Giao thức truy cập file
X.400 Giao thức truyền dẫn th điện tử của CCITT
X.500 Giao thức cho các dịch vụ file và th mục
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol
Giao thức trên internet cho việc truyền e mail
FTP (File Transfer Protocol) Giao thức truyền file trên internet
SNMP (Simple Network Management Protocol)
Giao thức kiểm soát mạng và các thành phần mạng trên Internet
Telnet Giao thức truy cập máy tính từ xa trên
Internet Microsoft SMBs (Server
Message Blocks) and client shells or redirectors
Giao thức trong mô hình client/server của MS
NCP (Novell NetWare Core Protocol) and Novell client shells or redirectors
Giao thức dịch vụ
AppleTalk and AppleShare Bộ giao thức mạng của Apple
AFP (AppleTalk filing Protocol)
Bộ giao thức truy cập file của Apple
DAP (Data Access Protocol) Giao thức truy cập file của DECnet
Bảng 5.1 Các giao thức Application
Transport Protocols
Các giao thức truyền dẫn làm việc trong tầng truyền dẫn trong mô hình tham chiếu OSI. Các giao thức phổ biến gồm:
Giao thức Mô tả
TCP Giao thức trong bộ giao thức trên mạng
Internet TCP/IP
SPX Một phần của bộ giao thức IPX/SPX của
Novell
NWLink Một phiên bản IPX/SPX của Microsoft
NetBEUI (NetBIOS extended user interface
Một giao thức của Microsoft ATP (AppleTalk Transaction
Protocol) and NBP (Name Binding Protocol)
Một giao thức của Apple
Bảng 5.2 Các giao thức Transport
Network Protocols
Các giao thức mạng cung cấp các dịch vụ liên kết. Nó quản lý việc đánh địa chỉ,thông tin định tuyến, kiểm tra lỗi. Nó cũng cung cấp các định nghĩa giao tiếp giữa các môi trờng mạng nh Ethernet và Token ring. Hình 5.3 minh hoạ mô hình tham chiếu OSI và một số các nhà sản xuất thông dụng với các giao thức của họ.
bộ giao thức mạng cho phép truy cập tài nguyên trên internet. TCP/IP trở thành chuẩn giao thức trên mạng Internet.
5.2.1 Lịch sử mạng Internet và TCP/IP
Tháng 6/1968 một cơ quan của bộ quốc phòng Mỹ là cục các dự án nghiên cứu tiên tiến (Ađvance research Project Agency - ARPA) đã xây dựng dự án kết nối các trung tâm nghiên cứu lớn trong toàn liên bang mở đầu là 4 viện nghiên cứu Stanford, đại học California ở Los Angles, đại học california ở Santa Barbara và đại học Utah. Mục tiêu của bộ quốc phòng Mỹ là từ các trạm ban đầu này có thể mở rộng ra các cơ sở nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực quân sự, hình thành một mạng máy tính có độ tin cậy cao phù hợp với các hoạt động của bộ quốc phòng và an ninh. Giải pháp ban đầu đợc chọn là của Bolt Beranek và Newman(BBN). Lúc đó cha có mạng LAN, WAN và các PC nh ngày nay.Giải pháp của BBN bao gồm các nút mạng (đợc gọi là IMP – Interface message processor) là tổ hợp cả phần cứng và phần mềm cài đặt trên máy tính Mini.Mùa thu năm 1969 bốn trạm đầu tiên đợc kết nối thành công đánh dấu sự ra đời của mạng ARPANET-tiền thân của mạng Internet ngày nay. Giao thức truyền thông trong mạng ARPANET lúc đó là NCP(Network control protocol). Đến giữa năm 1970 họ giao thức TCP/IP đợc Vint Cerf(đại học Stanford) và Robert Kahn(BBN) phát triển.Ban đầu cùng tồn tại với NCP và đến năm 1983 thì hoàn toàn thay thế NCP trong ARPANET.
ARPANET nhanh chóng mở rộng thêm các nút mới và trở thành một mạng quốc gia .Trong thời gian đó, các nhà nghiên cứu ở trung tâm nghiên cứu Palo Alto(Palo Alto research center-PARC) của hãng Xerox đã phát triển một trong các công nghệ sớm nhất và phổ biến nhất của mạng cục bộ là Ethernet. TCP/IP đợc tích hợp vào hệ điều hành Unix và sử dụng chuẩn Ethernet để kết nối các trạm làm việc với nhau. Đến khi xuất hiện các máy tính cá nhân thì TCP/IP lại đợc tích hợp vào PC cho phép máy tính chạy DOS có thể truy cập các trạm chạy Unix.và cứ thế TCP/IP ngày càng đợc sử dụng nhiều trong cả các mạng
5.2.2 TCP/IP và mô hình OSI
Không giống OSI gồm 7 lớp TCP/IP gồm 4 lớp. Nó đợc xem nh họ giao thức cho Internet. Bốn lớp của TCP/IP gồm:
- Network interface layer
- Internet layer
- Transport layer
- Application layer
Mỗi lớp tơng ứng với một hoặc nhiều lớp của mô hình OSI
Hình 5.4 Mô hình kiến trúc TCP/IP
Bộ giao thức TCP/IP bao gồm các giao thức sau:
Giao thức Tên
IP/IPv6 Internet Protocol.
TCP Transmission Control Protocol.
UDP User Datagram Protocol.
ARP/RARP Address Resolution Protocol/Reverse Address
DCAP Data Link Switching Client Access Protocol L2TP Layer 2 Tunneling Protocol.
(PIM-SM)
RIP2 Routing Information Protocol.
RSVP Resource ReSerVation setup Protocol. VRRP Virtual Router Redundancy Protocol
AH Authentication Header.
ESP Encapsulating Security Payload.
BGP4 Border Gateway Protocol.
EGP Exterior Gateway Protocol.
HSRP Cisco Hot Standby Router Protocol.
IGRP nterior Gateway Routing.
NARP NBMA Address Resolution Protocol
NHRP Next Hop Resolution Protocol.
OSPF Open Shortest Path First.
RUDP Reliable UDP
TALI Transport Adapter Layer Interface.
Van Jacobson Compressed TCP
XOT X.25 over TCP.
DNS Domain Name Service.
NetBIOS/IP NetBIOS/IP
LDAP Lightweight Directory Access Protocol.
COPS Common Open Policy Service
FTP File Transfer Protocol.
TFTP Trivial File Transfer Protocol.
FUIP Finger User Information Protocol.
HTTP Hypertext Transfer Protocol.
S-HTTP Secure Hypertext Transfer Protocol.
IMAP4 Internet Message Access Protocol rev 4.
IPDC P Device Control.
ISAKMP Internet Message Access Protocol version
4rev1.
NTP Network Time Protocol.
POP3 Post Office Protocol version 3.
RLOGIN Remote Login.
RTSP Real-time Streaming Protocol.
SCTP Stream Control Transmision Protocol. SLP Service Location Protocol.
SMTP Simple Mail Transfer Protocol.
SNMP Simple Network Management Protocol.
TACACS+ TACACS+
TELNET. TELNET.
WCCP Web Cache Coordination Protocol X-Windows X-Windows
Bảng 5.3 Bộ gioa thức TCP/IP
Network Interface
Chịu trách nhiêm nhận và gửi các gói tin lên các mạng. TCP/IP đợc thiết kế
độc lập với các phơng pháp truy cập mạng, định dạng của frame Vì vậy…
TCP/IP có thể kết nối các loại mạng khác nhau bao gồm các kỹ thuật mạng
LAN nh Ethernet, Token ring hay kỹ thuật mạng WAN nh X25,ATM Tầng…
Network interface tơng ứng với tâng Data-link, Physical của rmô hình tham chiếu OSI .
Internet Layer
Tầng Internet chịu trách nhiệm đánh địa chỉ , đóng gói và các chức năng định tuyến. Các lõi giao thức trong tầng Internet là IP, ARP, ICMP, and IGMP.
IP(Internet protocol): là giao thức có thể định tuyến chiuk trách nhiệm đánh địa chỉ IP, định tuyến, phân mảnh và tập hợp các gói tin.
Address Resolution Protocol (ARP): chịu trách nhiêm chuyển địa chỉ của tầng Internet sang tầng network Interface
Internet Control Message Protocol (ICMP) chịu trách nhiệm cung cấp các chuẩn đoán và thông báo lỗi khi các gói tin truyền đi không thành công.
Internet Group Management Protocol (IGMP): chịu trách nhiệm quản lý các gói tin.
Transport Layer
Chịu trách nhiệm cung cấp cho tầng ứng dụng(Application) với các phiên (session) và các dịch vụ liên kết. Giao thức lõi của tầng này là Transmission Control Protocol(TCP) và User datagram protocol(UDP).
TCP (Transmission Contron Protocol): là giao thức chuyển dữ liệu có bảo đảm. Giao thức TCP gửi từng gói dữ liệu đi, nơi nhận theo giao thức này phải có trách nhiệm thông báo và kiểm tra xem dữ liệu đã đến đủ hay cha, có lỗi hay không có lỗi và phải có sự kết nối giữa nơi gửi và nơi nhận.
UDP (Uer Datagram Protoclol): Là giao thức chuyển dữ liệu không bảo đảm. Không có sự kêt nối trớc nào giữa nơi gửi và nơi nhận. Dữ liệu truyền đi mặc định rằng máy tính ở đầu nhận luôn ở trạng thái sẵn sàng để tiếp đón.Vì vậy nếu dữ liệu gửi đến bị lỗi trong quá trình truyền hay không
nhận đợc đầy đủ thì giao thức cũng không có thông tin phản hồi lại cho nơi gửi.
Application Layer
Tầng ứng dụng cung cấp cho các ứng dụng khả năng truy cập các dịch vụ của các tầng khác và định nghĩa giao thức mà ứng dụng dùng để trao đổi dữ liệu. Có rất nhiều giao thức trong tầng mạng này và cũng có rất nhiều các giao thức mới thờng xuyên đợc phát triển cho tầng ứng dụng. Các giao thức thông dụng dùng để trao đổi thông tin ngời dùng nh :
Hypertext Transfer Protocol (HTTP): là giao thức truy cập các trang web của dịch vụ World Wide Web.
File Transfer Protocol (FTP): là giao thức truyền file trên mạng.
Simple Mail Transfer Protocol (SMTP): đợc sử dụng để truyền các thông tin email trên mạng và rất nhiều các giao thức khác.
5.2.3 Các giao thức lõi của TCP/IP
Bộ giao thức TCP/IP là tập hợp của một số các giao thức liên kết gọi là giao thức lõi của TCP/IP.Tất cả các ứng dụng và các giao thức khác đều dựa trên các dịch vụ cung cấp bởi các giao thức sau: IP, ARP, ICMP, IGMP, TCP và UDP.
Internet protocol (IP)
IP là giao thức chịu trách nhiệm đánh địa chỉ và định tuyến các gói giữa các máy. IP không phải là giao thức kết nối có nghĩa là nó không có các phiên đợc thành lập trớc khi trao đổi dữ liệu. IP cũng không phải là giao thức tin cậy có nghĩa là các gói tin truyền đi không đợc bảo đảm. Một gói tin IP có thể bị mất, bị trễ hay bị truyền thừa và IP cũng không khắc phục lại các lỗi đó. Sự đảm bảo và khôi hục lại các gói tin bị mất hay bị lỗi do các giao thức ở tầng trên đảm bảo. Chính là TCP. Đơn vị dữ liệu dùng trong IP đợc gọi Datagram có định dạng nh sau:
Một gói IP bao gồm một IP header và các thông tin. Bảng sau mô tả các thành phần trong IP header.
Tham số Mô tả
VER(4bits) Chỉ version hiện hành của IP
IHL(4bits) Chỉ độ dài phần đầu(Internet Header Length) của
datagram
Type of service Đặc tả các tham số về dịch vụ
Total length(16 bits) Chỉ độ dài toàn bộ datagram
Identification(16 bits) Cùng với các tham số khác nh Source Address và
Destination Address để định danh duy nhất cho một datagram khi nó còn trên mạng
Flag(3 bits) Liên quan tới phân đoạn
Fragment offset(13 bits)
Chỉ vị trí đoạn ở trong datagram
Time to Live (8bits) Quy định thời gian tồn tại(s) của datagram trong
mạng Option (Độ dài thay
đổi)
Khai báo các tuỳ chọn do ngời dùng thay đổi Padding(Độ dài thay
đổi)
Vùng đệm
Source IP Address Địa chỉ IP thực của nơi gửi
Destination IP Address Địa chỉ của đích cuối cùng
Protocol Cho biết IP tại nơi đích sẽ chuyển gói tin sang
giao thức nào TCP,UDP,ICMP…
Header Checksum(16 bits)
Một cơ chế tính toán đơn giản để kiểm tra sự toàn vẹn của IP header
Data(Độ dài thay đổi) Vùng dữ liệu có độ dài là bội của 8bits và tối đa là
65535 bytes
IPv6 (IP version 6)
IPv6 là một phiên bản mới của giao thức IP dựa trên IPv4. IPv6 tăng độ dài lên 128 bits để có thể đáp ứng đợc số địa chỉ mạng ngày càng tăng. IPv6 hỗ trợ khả năng mở rộng và tuỳ chọn. Định dạng của IPv6 header nh sau :
Tham số Mô tả
Source port Số cổng của nguồn
Destination port Số cổng của đích
Sequence number Số sequence của data octet đầu tiên trong một
đoạn
Acknowledgment number Nếu bit ACK đợc set thì nó chức giá trịn tiếp
theo của Sequence number
Data offset(4bits) Xác định vị trí dữ liệu bắt đầu
Reserved(6bits) Cha dùng
Control bits(6 bits) Có thể là U,A,P,R,F,S,F
Window(16 bits) Số data octet của đoạn dữ liệu
Checksum Một cơ chế tính toán đơn giản để kiểm tra sự
toàn vẹn của IP header Bảng 5.6 IP header v6
Sự phân mảnh và tập hợp lại
Nếu router nhận đợc một gói tin quá lớn để có thể truyền đợc trên mạng thì nó sẽ chia gói tin này thành các gói tin nhỏ hơn. Khi gói tin đợc nhận tại địa chỉ đích thì IP tại đây sẽ tập hợp các gói này thành gói tin ban đầu. Quá trình đó đợc gọi là phân mảnh và tập hợp lại. Quá trình Phân mảnh và tập hợp lại diễn ra nh sau:
- IP chia gói tin thành các gói nhỏ và các gói này đợc chuyển đi với các Header của nó.
Khi các gói nhỏ phân mảnh này đợc nhận tại một IP nào đó thì nó sẽ đợc tập hợp lại thành một gói nh ban đầu.
ARP(Address Resolution Protocol)
Các máy tính trên cùng một mạng vật lý chỉ có thể liên lạc với nhau khi biết địa chỉ vật lý của nhau. Giao thức ARP cho phép một máy tính tìm đại chỉ vật lý của máy đích trên cùng một mạng vật lý, chỉ cần biết địa chỉ IP của máy đích.
ICMP(Internet Control Message Protocol)
Để cho phép một bộ định tuyến trong mạng thông báo lỗi hoặc cung cấp thông tin về những tình huống không mong đợi, những nhà thiết kế đã cung cấp thêm một cơ chế thông báo có mục đích đặc biệt cho các giao thức TCP/IP. Cơ chế này gọi là ICMP. ICMP cho phép một bộ định tuyến gửi thông báo lỗi và thông báo điều khiển đến các bộ định tuyến khác hoặc các máy khác. ICMP cung cấp phơng tiện thông tin liên lạc giữa phần mềm IP trên một máy và phần mềm IP trên maý khác. Khi một datagram gây lỗi, ICMP chỉ có thể thông báo điều kiện lỗi trở về nguồn ban đầu của datagram. Nguồn này phải liên lạc lỗi với từng chơng trình ứng dụng hoặc thực hiện thao tác khác để sửa lôĩ.
TCP (Transmission control protocol)
TCP là giao thức kiểu có liên kết (connection oriented) nghĩa là cần thành lập liên kết giữa các cặp thực thể TCP trớc khi chúng trao đổi dữ liệu với nhau. Đơn vị sử dụng trong TCP là segment(đoạn dữ liệu) có định dạng nh sau:
Tham số Mô tả
Source port(16 bits) Số hiệu cổng của trạm nguồn
Destination port(16bits) Số hiệu cổng của trạm đích
Sequence number(32bits) Số hiệu của số byte đầu tiên của segment nếu bit
SYN không đợc thiết lập. Acknowledment number
(32bits)
Số hiệu của segment tiếp theo mà trạm nguồn đang chờ để nhận.
Data offset(4 bits) Số lợng từ (word ) trong TCP header
Reserved(6 bits) Cha dùng
Control bits Các bits điều khiển
Window(16 bits) Số lợng các byte dữ liệu bắt đầu từ byte đợc chỉ
ra trong vùng ACK number
Checksum (16 bits) Mã kiểm soát lỗi
Urgent Pointer(16 bits) Con trỏ này trỏ tới số hiệu tuần tự của byte đi
theo sau dữ liệu khẩn,cho phép bên nhận biết đ- ợc độ dài của dữ liệu khẩn
Option(Độ dài thay đổi) Các lựa chọn
Pading(Độ dài thay đổi) Phần chèn thêm vào header để bảo đảm phần
header luôn kết thúc ở mốc 32 bits
TCP data(Độ dài thay đổi) Chứa dữ liệu của tầng trên,có độ dài tối đa ngầm
định là 536 bytes.Giá trị nà có thể thay đổi trong vùng option.Một tiến trình trong một host truy nhập vào các dịch vụ của TCP cung cấp thông qua một cổng.Một cổng kết hợp với địa chỉ IP tạo thành một socket duy nhất trong liên mạng. Trớc 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 đ- ợc giải phóng.