2.1.1 Lớp ứng dụng
Lớp ứng dụng điều khiển chi tiết từng ứng dụng cụ thể. Nó tương ứng với các lớp ứng dụng, trình diễn trong mơ hình OSI. Lớp ứng dụng bao gồm các giao thức mức cao, mã hóa, điều khiển hội thoại… Các dịch vụ ứng dụng như SMTP, FTP, TFTP… Hiện nay có hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn các giao thức thuộc lớp này. Các chương trình ứng dụng giao tiếp với các giao thức ở lớp giao vận để truyền và nhận dữ liệu. Chương trình ứng dụng truyền dữ liệu ở dạng yêu cầu đến lớp vận chuyển để xử lý trước khi chuyển xuống lớp Internet để tìm đường đi.
2.1.2. Lớp giao vận
Lớp giao vận chịu trách nhiệm chuyển phát tồn bộ thơng báo từ tiến trình-tới- tiến trình. Tại lớp này có hai giao thức là TCP và UDP. Mỗi giao thức cung cấp một loại dịch vụ giao vận: hướng kết nối và phi kết nối.
a. Giao thức TCP
Một giao thức lớp giao vận thường có nhiều chức năng. Một trong số đó là tạo một truyền thơng tiến trình-tới-tiến trình. Để thực hiện điều này, TCP sử dụng cổng. Một chức năng khác của giao thức lớp giao vận là tạo một cơ chế điều khiển luồng và điều khiển lỗi ở mức giao vận. TCP sử dụng giao thức cửa sổ trượt để thực hiện điều khiển luồng. Nó sử dụng gói xác nhận, thời gian chờ và truyền lại để thực hiện điều khiển lỗi.
TCP là một giao thức hướng kết nối. Nó có trách nhiệm thiết lập một kết nối với phía nhận, chia luồng dữ liệu thành các đơn vị có thể vận chuyển, đánh số chúng và sau đó gửi chúng lần lượt.
Điều khiển luồng
Điều khiển luồng định nghĩa lượng dữ liệu mà nguồn có thể gửi trước khi nhận một xác nhận từ đích. Trong trường hợp đặc biệt, giao thức lớp giao vận có thể gửi một byte dữ liệu và đợi xác nhận trước khi gửi byte tiếp theo. Nhưng nếu làm như vậy, quá trình gửi sẽ diễn ra rất chậm. Nếu dữ liệu phải đi qua đoạn đường dài thì nguồn sẽ ở trạng thái rỗi trong khi đợi xác nhận.
Trong trường hợp đặc biệt khác, giao thức lớp giao vận có thể gửi tất cả dữ liệu nó có mà khơng quan tâm tới xác nhận. Làm như vậy sẽ tăng tốc độ truyền, nhưng có thể làm tràn ngập trạm đích (trạm đích khơng xử lý kịp). Bên cạnh đó, nếu một phần dữ liệu bị mất, bị nhân đôi, sai thứ tự hoặc bị hỏng thì trạm nguồn sẽ khơng biết.
TCP sử dụng một giải pháp cho cả hai trường hợp đặc biệt này. Nó định nghĩa một cửa sổ, đặt cửa sổ này lên bộ đệm gửi và chỉ gửi lượng dữ liệu bằng kích thước cửa sổ.
Điều khiển lỗi
TCP là một giao thức giao vận tin cậy. Ngoài điều khiển luồng, TCP còn điều khiển lỗi. Điều khiển lỗi gồm các cơ chế phát hiện phân đoạn bị hỏng, bị mất, sai thứ tự hoặc nhân đơi. Nó cũng gồm cơ chế sửa lỗi sau khi chúng được phát hiện.
Phát hiện lỗi trong TCP được thực hiện thông qua việc sử dụng ba công cụ đơn giản: tổng kiểm tra, xác nhận và THỜI GIAN CHỜ(time-out). Mỗi phân đoạn có chứa một trường tổng kiểm tra để phát hiện phân đoạn lỗi. Nếu phân đoạn lỗi, nó sẽ bị máy thu bỏ đi. TCP sử dụng phương pháp xác nhận để thơng báo sự nhận các gói đã tới đích mà khơng hỏng. Khơng có xác nhận phủ định (xác nhận gói hỏng) trong TCP. Nếu một phân đoạn khơng được xác nhận trước khi hết hạn thì nó được xem như bị hỏng hoặc bị mất trên đường đi.
Cơ chế sửa lỗi trong TCP cũng rất đơn giản. TCP nguồn đặt một bộ định thời cho mỗi phân đoạn được gửi đi. Bộ định thời được kiểm tra định kỳ. Khi nó tắt, phân đoạn tương ứng được xem như bị hỏng hoặc bị mất và nó sẽ được truyền lại.
b. Giao thức UDP
UDP (User Datagram protocol) là một giao thức truyền thông phi kết nối và không tin cậy, được dùng thay thế cho TCP ở trên mạng IP theo yêu cầu của ứng dụng. UDP có trách nhiệm truyền các thơng báo từ tiến trình-tới-tiến trình, nhưng khơng cung cấp các cơ chế giám sát và quản lý.
UDP cũng cung cấp cơ chế gán và quản lý các số cổng để định danh duy nhất cho các ứng dụng chạy trên một trạm của mạng. Do ít chức năng phức tạp nên UDP có xu thế hoạt động nhanh hơn so với TCP. Nó thường được dùng cho các ứng dụng khơng địi hỏi độ tin cậy cao trong giao vận. Khn dạng của UDP datagram có các vùng tham số đơn giản hơn nhiều so với gói tin TCP.
2.1.3 Lớp liên mạng
Lớp liên mạng trong chồng giao thức TCP/IP tương ứng với lớp mạng trong mơ hình OSI. Chức năng chính của tầng mạng là đánh địa chỉ lơgic và định tuyến gói tới đích. Giao thức đáng chú ý nhất ở lớp liên mạng chính là giao thức liên mạng (IP – Internet Protocol). Ngồi ra cịn có một số giao thức khác như giao thức thông điệp điều khiển Internet (ICMP), giao thức phân giải địa chỉ (ARP) và giao thức phân giải địa chỉ ngược (RARP). Chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu các giao thức này.
Giao thức IP
IP là một giao thức phi kết nối và khơng tin cậy. Nó cung cấp dịch vụ chuyển gói nỗ lực tối đa. Nỗ lực tối đa ở đây có nghĩa IP khơng cung cấp chức năng theo dõi và kiểm tra lỗi. Nó chỉ cố gắng chuyển gói tới đích chứ khơng có sự đảm bảo. Nếu độ tin cậy là yếu tố quan trọng, IP phải hoạt động với một giao thức tin cậy tầng trên, chẳng hạn TCP.
IP được thiết kế cho mạng chuyển mạch gói. Mỗi datagram được xử lý độc lập, mỗi gói có thể đi tới đích trên một đường đi khác nhau, chúng có thể đến sai thứ tự. Một số datagram có thể bị mất, bị hỏng trong khi truyền. IP dựa vào một giao thức tầng cao hơn để xử lý những vấn đề này.
Giao thức IP cung cấp một hệ thống đánh địa chỉ có phân cấp, độc lập với phần cứng và đưa ra các dịch vụ cần thiết cho việc phân phối dữ liệu trên một mạng định tuyến phức tạp. Mỗi bộ thiết bị mạng trên mạng TCP/IP có một địa chỉ IP duy nhất.
Các địa chỉ IP trên mạng được tổ chức sao cho có thể chỉ ra được vị trí của host hay mạng con nơi host cư trú - bằng cách nhìn vào địa chỉ.
Giao thức ICMP
Như đã trình bày ở trên, IP là giao thức chuyển gói phi kết nối và khơng tin cậy. Nó được thiết kế nhằm mục đích sử dụng có hiệu quả tài nguyên mạng. IP cung cấp dịch vụ chuyển gói nỗ lực tối đa. Tuy nhiên nó có hai khuyết điểm: thiếu điều khiển lỗi và thiếu các cơ chế hỗ trợ.
Giao thức thông báo điều khiển liên mạng (ICMP – Internet Control Message Protocol) được thiết kế để bù đắp hai khuyết điểm trên. Nó được đi kèm với giao thức IP.
Giao thức ARP và RARP
Để chuyển phát gói tới một trạm hoặc một router, cần có hai mức đánh địa chỉ: lôgic và vật lý. Do vậy, chúng ta cần có thể ánh xạ giữa hai địa chỉ này. Giao thức phân giải địa chỉ (ARP – Address Resolution Protocol) chuyển đổi địa chỉ lôgic thành địa chỉ vật lý. Giao thức phân giải địa chỉ ngược (RARP – Reverse Address Resolution Protocol) chuyển đổi địa chỉ vật lý thành địa chỉ lôgic.
2.1.4 Lớp truy cập mạng
Cung cấp giao tiếp với mạng vật lý. Thông thường lớp này bao gồm các phần mềm điều khiển thiết bị trong hệ thống vận hành và các card giao diện mạng tương ứng trong đầu cuối. Lớp này thực hiện nhiệm vụ điều khiển tất cả các chi tiết phần cứng hoặc thực hiện giao tiếp vật lý với các phương tiện (hoặc với bất kỳ môi trường nào được sử dụng). Cung cấp cơ chế kiểm soát lỗi dữ liệu phân bố trên mạng vật lý. Lớp này không định nghĩa một giao thức riêng nào cả, nó hỗ trợ tất cả các giao thức chuẩn và độc quyền. Ví dụ: Ethernet, Tocken Ring, FDDI, X.25, wireless, Async, ATM, SNA…
2.1.5 IPv6 a. IPv4
Mỗi địa chỉ IPv4 gồm 4 byte (32 bít), định nghĩa hai phần: địa chỉ mạng (NetID) và địa chỉ trạm (HotID). Các phần này có chiều dài khác nhau tuỳ thuộc vào lớp địa chỉ. Các bít đầu tiên trong phần địa chỉ mạng xác định lớp của địa chỉ IP.
Địa chỉ IPv4 được chia làm 5 lớp, ký hiệu là A, B, C, D và E. Chiều dài phần địa chỉ mạng và phần địa chỉ trạm của các lớp là khác nhau. Cấu trúc của các lớp được chỉ ra trong hình 2.2. Lớp A 0 Địa chỉ mạng (7 bit) Địa chỉ trạm (24 bit) Lớp
B 1 0 Địa chỉ mạng(14 bit) Địa chỉ trạm (16 bit)
Lớp
Lớp
D 1 1 1 0 Địa chỉ multicast (28 bit)
Lớp
E 1 1 1 1 Chưa sử dụng (28 bit)