Mục tiêu:
- Trình bày được Mô hình Internet TCP/IP - Nêu được các tầng của mô hình TCP/IP
- So sánh được sự giống, khác nhau giữa mô hình TCP/IP và mô hình OSI
5.2.1 Mô hình Internet TCP/IP
Chuẩn mang tính kỹ thuật và lịch sử của Internet là mô hình TCP/IP. Bộ quốc phòng Hoa kỳ (DoD: Department of Defense) đã tạo ra mô hình DoD là tiền thân của mô hình TCP/IP, bởi họ muốn thiết kế một mạng có thể tồn tại dƣới bất kỳ hoàn cảnh nào, ngay cả một cuộc chiến tranh hạt nhân. Trong một thế giới đƣợc kết nối bằng các loại đƣờng truyền khác nhau nhƣ cáp đồng, sóng vi ba, cáp sợi quang và các liên kết vệ tinh, DoD muốn truyền dẫn các gói vào mọi lúc và dƣới bất kỳ điều kiện nào. Bài toán thiết kế rất khác biệt này đã dẫn đến sự phát minh ra mô hình TCP/IP
Không giống nhƣ các công nghệ thiết lập mạng sở hữu riêng đã đƣợc đề cập ở phía trƣớc, TCP/IP đã đƣợc phát triển nhƣ là một chuẩn mở. Nhƣ vậy mọi ngƣời đều đƣợc sử dụng TCP/IP một cách tự do. Điều này giúp tăng tốc sự phát triển của TCP/IP nhƣ là một chuẩn
Mô hình TCP/IP có bốn lớp sau: + Lớp ứng dụng
+ Lớp vận chuyển + Lớp Internet
+ Lớp truy nhập mạng
Mặc dù một số lớp trong mô hình TCP/IP có tên giống nhƣ các lớp bên mô hình OSI, nhƣng các lớp này trong hai mô hình tƣơng ứng một cách chính xác. Đáng chú ý nhất là lớp ứng dụng có các chức năng khác biệt trong mỗi mô hình
Các nhà thiết kế TCP/IP cảm thấy rằng lớp ứng dụng nên bao gồm các chi tiết của lớp phiên và lớp trình bày trong mô hình OSI. Họ tạo ra lớp ứng dụng khống chế luôn các hoạt động trình bày, mã hóa và điều khiển đối thoại
Lớp vận chuyển liên quan đến các chủ đề về chất lƣợng dịch vụ nhƣ độ tin cậy, điều khiển luồng và kiểm soát lỗi. Một trong những giao thức của nó, giao thức điều khiển truyền (TCP), cung cấp các phƣơng thức mềm dẻo và vƣợt trội để tiến hành các hoạt động truyền thông trên mạng ít lỗi, lƣu thông tốt và tin cậy
TCP là một giao thức thiên hƣớng kết nối (connection- oriented). Nó duy trì một đối thoại giữa nguồn và đích trong khi gói thông tin của lớp ứng dụng
vào các đơn vị segment. Thiên hƣớng kết nối không có nghĩa là tồn tại một mạch giữa các máy tính truyền tin. Điều này có nghĩa là các segment của lớp 4 chạy xuôi ngƣợc giữa hai host để nhận ra rằng có một kết nối luận lý đang tồn tại trong một khoảng thời gian nào đó
Mục đích của lớp Internet là để chia các segment của TCP thành các gói và gửi chúng từ bất kỳ mạng nào. Mỗi gói đến mạng đích theo những con đƣờng có thể khác với các gói kia. Giao thức đặc biệt kiểm soát lớp này đƣợc gọi là giao thức IP. Sự xác định đƣờng dẫn tốt nhất và chuyển mạch để truyền các gói đều là các hoạt động diễn ra tại lớp này
Mối liên hệ mật thiết giữa IP và TCP là một điều rất quan trọng. IP có thể đƣợc xem nhƣ có chức năng chỉ ra con đƣờng cho các gói, trong khi TCP cung cấp một cơ chế vận chuyển tin cậy
Tên của lớp truy nhập mạng là rất rộng và có gì đó rắc rối. Lớp này cũng còn đƣợc gọi là lớp host- to- network. Lớp này đề cập đến tất cả các thành phần, cả vật lý và luận lý, đƣợc yêu cầu để tạo ra một liên kết vật lý. Nó bao gồm các chi tiết kỹ thuật thiết lập mạng, bao gồm tất cả các chi tiết trong các lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu trong mô hình OSI
Vài giao thức lớp ứng dụng dùng phổ biến nhất bao gồm: Giao thức truyền tập tin (FTP)
HTTP
SMTP
DNS
TFTP
Các giao thức lớp vận chuyển phổ biến nhất bao gồm:
TCP
UDP
Giao thức chính của lớp Internet là:
IP
Lớp truy nhập mạng liên quan đến bất kỳ công nghệ mạng đặc biệt nào đƣợc dùng trên một mạng
Bất kể các dịch vụ ứng dụng mạng nào đƣợc cung cấp và giao thức vận chuyển bào đƣợc dùng, chỉ có một giao thức Internet đó là IP. Đây là một quyết định thiết kế có chủ ý. IP phục vụ nhƣ một giao thức đa năng cho phép bất kỳ máy tính nào ở bất cứ nơi đâu đều có thể truyền thông vào bất cứ thời điểm nào.
5.2.2 Bộ giao thức TCP/IP
5.2.2.1 Tổng quan về bộ giao thức TCP/IP
TCP/IP là bộ giao thức cho phép kết nối các hệ thống mạng không đồng nhất với nhau. Ngày nay,TCP/IP đƣợc sử dụng rộng rãi trong các mạng cục bộ cũng nhƣ trên mạng Internet toàn cầu.
TCP/IP đƣợc xem là giản lƣợc của mô hình tham chiếu OSI với bốn tầng nhƣ sau:
- Tầng liên kết mạng (Network Access Layer).
- Tầng Internet (Internet Layer).
- Tầng giao vận (Host- to Host Transport Layer).
- Tầng ứng dụng (Application Layer).
Hình 5.1: Kiến trúc TCP/IP
+ Tầng liên kết:
Tầng liên kết ( còn đƣợc gọi là tầng liên kết dữ liệu hay là tầng giao tiếp mạng) là tầng thấp nhất trong mô hình TCP/IP , bao gồm các thiết bị mạng và chƣơng trình cung cấp các thông tin cần thiết có thể hoạt động, truy nhập đƣờng truyền vật lý qua thiết bị giao tiếp mạng đó.
+ Tầng Internet:
Tầng Internet (còn gọi là tầng mạng) xử lý quá trình gói tin trên mạng. Các giao thức của tầng này bao gồm : IP(Internet Protocol), ICMP (Internet Control Message Protocol), IGMP (Internet Group Messages Protocol).
+ Tầng giao vận:
Tầng giao vận phụ trách luồng dữ liệu giữa hai trạm thực hiện các ứng dụng của tầng mạng. Tầng này có hai giao thức chính: TCP (Transmission Protocol) và UDP (User Datagram Protocol).
TCP cung cấp một luồng dữ liệu tin cậy giữa hai trạm, nó sử dụng các cơ chế nhƣ chia nhỏ các gói tin của tầng trên thành các gói tin có kích thƣớc thích hợp cho tầng mạng bên dƣới, báo nhận gói tin, đặt hạn chế thời gian time- out để đảm bảo bên nhận biết đƣợc các gói tin đã gửi đi. Do tầng này đảm bảo tính tin cậy, tầng trên sẽ không cần quan tâm đến nữa.
UDP cung cấp một dịch vụ đơn giản hơn cho tầng ứng dụng . Nó chỉ gửi các gói dữ liệu từ trạm này đến trạm kia mà không đảm bảo các gói tin đến đƣợc tới đích. Các cơ chế đảm bảo độ tin cậy cần đƣợc thực hiện bởi tầng trên.
+ Tầng ứng dụng:
Tầng ứng dụng là tầng trên cùng của mô hình TCP/IP bao gồm các tiến trình và các ứng dụng cung cấp cho ngƣời sử dụng để truy cập mạng. Có rất nhiều ứng dụng đƣợc cung cấp trong tầng này mà phổ biến là: Telnet: sử dụng trong việc truy cập mạng từ xa, FTP (File Transfer Protocol): dịch vụ truyền tệp, Email: dịch vụ thƣ tín điện tử, www (World Wide Web).
Hình 5.2:Quá trình đóng / mở gói dữ liệu trong TCP/IP
Cũng tƣơng tự nhƣ mô hình OSI khi truyền dữ liệu quá trình tiến hành từ tầng trên xuống tầng dƣới, qua mỗi tầng dữ liệu đƣợc thêm vào một thông tin điều khiển đƣợc gọi là phần header. Khi nhận dữ liệu thì quá trình này xảy ra ngƣợc lại, dữ liệu đƣợc truyền từ tầng dƣới lên và qua mỗi tầng thì phần header tƣơng ứng đƣợc lấy đi và khi đến tấng trên cùng thì dữ liệu không còn phần header nữa. Hình vẽ 0- 10 cho ta thấy lƣợc đồ dữ liệu qua các tầng . Trong hình vẽ này ta thấy tại các tầng khác nhau dữ liệu đƣợc mang những thuật ngữ khác nhau:
- Trong tầng ứng dụng dữ liệu là các luồng đƣợc gọi là stream.
- Trong tầng giao vận, đơn vị dữ liệu mà TCP gửi xuống tầng dƣới gọi là TCP segment.
- Trong tầng mạng, dữ liệu mà IP gửi tới tầng dƣới đƣợc gọi là IP datagram.
- Trong tầng liên kết , dữ liệu đƣợc truyền đi gọi là frame.
Hình 5.3: Cấu trúc dữ liệu trong TCP/IP
5.2.2.2 Một số giao thức trong bộ giao thức TCP/IP
5.2.2.2.1 Giao thức hiệu năng IP (Internet Protocol)
+ Giới thiệu chung:
Giao thức liên mạng IP là một trong những giao thức quan trọng nhất của bộ giao thức TCP/IP . Mục đích của giao thức liên mạng IP là cung cấp khả năng kết nối của mạng con thành liên mạng để truyền dữ liệu . IP là giao thức cung cấp dịch vụ phân phát datagram theo kiểu không liên kết và không tin cậy nghĩa là không cần có giai đoạn thiết lập liên kết trƣớc khi truyền dữ liệu , không đảm bảo rằng datagram sẽ tới đích và không duy trì thông tin nào về những datagram đã gửi đi.
Hình 5.4: Khuôn dạng dữ liệu trong OSI
Ý nghĩa các tham số trong IP header:
- Version (4 bit) : chỉ phiên bản hiện hành của IP đƣợc cài đặt.
- IHL (4 bit): chỉ độ dài phần header tính theo đơn vị từ (word- 32 bit). - Type of Service (8 bit): đặc tả tham số về yêu cầu dịch vụ .
- Total length (16 bit): chỉ độ dài toàn bộ IP datagram tính theo byte. - Indentification (16 bit) : là trƣờng định danh.
- Flags (3 bit) : các cờ sử dụng trong khi phân đoạn các datagram.
- Flagment Offset (13 bit): chỉ vị trí của đoạn phân mảnh trong datagram tính theo đơn vị 64 bit.
- TTL(Time to Live ) : thiết lập thời gian tồn tại của datagram. - Protocol (8 bit): chỉ giao thức tầng trên kế tiếp.
- Header checksum (16 bit): kiểm soát lỗi cho vùng IP header. - Source address (32 bit) : địa chỉ IP trạm đích.
+ Kiến trúc địa chỉ IP (IPv4): + Địa chỉ IP (IPv4):
Có độ dài 32 bits và đƣợc tách thành 4 vùng , mỗi vùng 1 byte thƣờng đƣợc biểu diễn dƣới dạng thập phân và cách nhau bởi dấu chấm (.).
VD: 203.162.7.92.
Địa chỉ IPv4 đƣợc chia thành 5 lớp A, B, C, D, E, trong đó 3 lớp địa chỉ A, B, C đƣợc dùng cấp phát.
Lớp A (0) cho phép định danh tới 126 mạng với tối đa 16 triệu trạm trên mỗi mạng.
Lớp B (10): cho phép đinh danh tới 16384 mạng với tối đa 65534 trạm trên mỗi mạng.
Lớp C (110) : cho phép định danh tới 2 triệu mạng với tối đa 254 trạm trên mỗi mạng
Hình 5.5: Phân lớp địa chỉ IPv4
Lớp D (1110) dung để gửi gói tin IP đến một nhóm các trạm trên mạng (còn gọi là lớp địa chỉ multicast).
Lớp E (11110) dùng để dự phòng.
+ Địa chỉ mạng con:
Đối với các địa chỉ lớp A, B số trạm trong một mạng là quá lớn và trong thực tế thƣờng không có một số lƣợng trạm lớn nhƣ vậy kết nối vào một mạng đơn lẻ. địa chỉ mạng con cho phép chia một mạng lớn thành các mạng con nhỏ hơn. Ta có thể dùng một số bit đầu tiên của trƣờng hostid trong địa chỉ IP để đặt địa chỉ mạng con. Chẳng hạn đối với một địa chỉ thuộc lớp A, việc chia địa chỉ mạng con có thể đƣợc thực hiện nhƣ sau:
Hình 5.7: Chia mạng con
+ Mặt nạ địa chỉ mạng con:
Bên cạnh địa chỉ IP, một trạm cũng cần đƣợc biết việc định dạng địa chỉ mạng con: bao nhiêu bit trong trƣờng hostid đƣợc dùng cho phần địa chỉ mạng con(subnetid). Thông tin này đƣợc chỉ ra trong mặt nạ địa chỉ mạng con (subnet mask).Subnet mask cũng là một số 32 bit với các bit tƣơng ứng với phần netid và subnetid đƣợc đặt bằng 1 còn các bit còn lại đƣợc đặt bằng 0.
5.2.2.2.2 Giao thức hiệu năng UDP(User Datagram Protocol)
UDP là giao thức không liên kết , cung cấp dịch vụ giao vận không tin cậy đƣợc, sử dụng thay thế cho TCP trong tầng giao vận. Khác với TCP, UDP không có chức năng thiết lập và giải phóng liên kết, không có cơ chế báo nhận (ACK), 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 cho ngƣời gửi. Khuân dạng của UDP datagram đƣợc mô tả nhƣ sau:
- Số hiệu cổng nguồn (Source Port - 16 bit): số hiệu cổng nơi đã gửi datagram.
- Số hiệu cổng đích (Destination Port – 16 bit): số hiệu cổng nơi datagram đã chuyển tới.
- Độ dài UDP (Length – 16 bit): độ dài tổng cộng kể cả phần header của UDP datagram.
- UDP Checksum(16 bit): dùng để kiểm soát lỗi, nếu phát hiện lỗi thì UDP datagram sẽ bị loại bỏ mà không có một thông báo nào trả lại cho trạm gửi.
UDP có chế độ gán và quản lý các số hiệu cổng (port number) để định danh duy nhất cho nên UDP có xu thế hoạt động nhanh hơn so với TCP. Nó thƣờng dùng cho các ứng dụng không đòi hỏi độ tin cậy cao trong giao vận.
5.2.2.2.3 Giao thức TCP(Tranmission Control Protocol)
TCP và UDP là hai giao thức ở tầng giao vận và cùng sử dụng giao thức IP trong tầng mạng. Nhƣng không giống nhƣ UDP, TCP cung cấp dịch vụ liên kết tin cậy và có liên kết .
Có liên kết ở đây có nghĩa là hai ứng dụng sử dụng TCP phải thiết lập liên kết với nhau trƣớc khi trao đổi dữ liệu. Sự tin cậy trong dịch vụ đƣợc cung cấp bởi TCP đƣợc thể hiện nhƣ sau:
- Dữ liệu từ tầng ứng dụng gửi đến đƣợc TCP chia thành các segment có kích thƣớc phù hợp nhất để truyền đi.
- Khi TCP gửi 1 segment , nó duy trì một thời lƣợng để chờ phúc đáp từ trạm nhận. Nếu trong khoảng thời gian đó phúc đáp không gửi tới đƣợc trạm gửi thì segment đó đƣợc truyền lại.
- Khi TCP trên trạm nhận dữ liệu từ trạm gửi tới trạm gửi 1 phúc đáp tuy nhiêm phúc đáp không đƣợc gửi lại ngay lập tức mà thƣờng trễ một khoảng thời gian .
- TCP duy trì giá trị tổng kiểm tra (checksum) trong phần Header của dữ liệu để nhận ra bất kỳ sự thay đổi nào trong quá trình truyền dẫn. Nếu 1 segment bị lỗi thì TCP ở phía trạm nhận sẽ loại bỏ và không phúc đáp lại để trạm gửi truyền lại segment bị lỗi đó.
- TCP cung cấp khả năng điều khiển luồng. Mỗi của liên kết TCP có vùng đệm (buffer) giới hạn do đó TCP tại trạm nhận chỉ cho phép trạm gửi truyền một lƣợng dữ liệu nhất định (nhỏ hơn khôn gian buffer còn lại). Điều này tránh sảy ra trƣờng hợp trạm có tốc độ cao chiếm toàn bộ vùng đệm của trạm có tốc độ chậm hơn.
5.2.3 Một số giao thức khác
5.2.3.1 NetBEUI
- Bộ giao thức nhỏ, nhanh và hiệu quả đƣợc cung cấp theo các sản phẩm của hãng IBM, cũng nhƣ sự hỗ trợ của Microsoft.
- Bất lợi chính của bộ giao thức này là không hỗ trợ định tuyến và sử dụng giới hạn ở mạng dựa vào Microsoft.
5.2.3.2 IPX/SPX
- Đây là bộ giao thức sử dụng trong mạng Novell.
- Ƣu thế: nhỏ, nhanh và hiệu quả trên các mạng cục bộ đồng thời hỗ trợ khả năng định tuyến.
5.2.3.3 DECnet
- Đây là bộ giao thức độc quyền của hãng Digital Equipment Corporation
- DECnet định nghĩa mô hình truyền thông qua mạng LAN, mạng MAN và WAN. Hỗ trợ khả năng định tuyến.