- Trung tâm dịch vụ diện rộng
b) Giao thức tầng liờn kết dữ liệu c) Giao thức tầng vật lý
3.3.4 Chồng giao thức TCP/IP
TCP/IP là một bộ giao thức được phỏt triển bởi cục cỏc dự ỏn nghiờn cứu cấp cao
(ARPA) của bộ quốc phũng Mỹ. Ban đầu nú được sử dụng trong mạng ARPANET. Khi cụng nghệ mạng cục bộ phỏt triển, TCP/IP được tớch hợp vào mụi trường điều hành UNIX và sử dụng chuẩn Ethernet để kết nối cỏc trạm làm việc với nhau. Đến khi xuất hiện cỏc mỏy PC, TCP/IP lại được chuyển mang sang mụi trường PC, cho phộp cỏc mỏy PC chạy DOS và cỏc trạm làm việc chạy UNIX cú thể liờn tỏc trờn cựng một mạng. Hiện nay, TCP/IP được sử dụng rất phổ biến trong mạng mỏy tớnh, mà điển hỡnh là mạng Internet.
Hỡnh 3.9: Mụ hỡnh OSI và TCP/IP
tương ứng hoàn toàn với cỏc tầng trong mụ hỡnh OSI. Chồng giao thức TCP/IP được chia thành bốn tầng: giao diện mạng (network interface), liờn mạng (internet), giao vận (transport) và ứng dụng (application). RARP ARP TCP Data link IP UDP DNS Application layer Transport layer Internet layer Network Access layer FTP Telnet SMTP NNTP RIP IGMP ICMP BGP OSPF TFTP etc... Media (physical)
Ping RPCNFS BOOTP etc...
Hỡnh 3.10: Mụ hỡnh phõn lớp bộ giao thức TCP/IP
Hỡnh 3.10 cho thấy tầng ứng dụng trong mụ hỡnh TCP/IP tương ứng với ba tầng trong mụ hỡnh OSI là tầng ứng dụng, tầng trỡnh diễn và tầng phiờn. Tầng này cũn được gọi là tầng xử lý (process). Tầng giao vận tương ứng với tầng giao vận trong mụ hỡnh OSI. Tầng này
cũn được gọi là tầng trạm-tới-trạm (host-to-host). Tầng liờn mạng tương ứng với tầng mạng trong mụ hỡnh OSI. Tầng giao diện mạng tương ứng với tầng liờn kết dữ liệu và vật lý trong mụ hỡnh OSI. Hỡnh 3.11 cho ta thụng tin chi tiết hơn về mụ hỡnh TCP/IP với cỏc giao thức thụng dụng ứng với cỏc tầng.
3.3.4.1 Tầng ứng dụng
Tầng ứng dụng cung cấp cỏc dịch vụ dưới dạng cỏc giao thức cho ứng dụng của
người dựng. Một số giao thức tiờu biểu tại tầng này gồm:
FTP (File Transfer Protocol): Đõy là một dịch vụ hướng kết nối và tin cậy, sử
dụng TCP để cung cấp truyền tệp giữa cỏc hệ thống hỗ trợ FTP.
Telnet (TERminaL NETwork): Cho phộp cỏc phiờn đăng nhập từ xa giữa cỏc mỏy
tớnh. Do Telnet hỗ trợ chế độ văn bản nờn giao diện người dựng thường ở dạng dấu nhắc
lệnh tương tỏc. Chỳng ta cú thể đỏnh lệnh và cỏc thụng bỏo trả lời sẽ được hiển thị.
HTTP (Hyper Text Transfer Protocol): Trao đổi cỏc tài liệu siờu văn bản để hỗ trợ
WEB.
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Truyền thư điện tử giữa cỏc mỏy tớnh. Đõy
là dạng đặc biệt của truyền tệp được sử dụng để gửi cỏc thụng bỏo tới một mỏy chủ thư hoặc giữa cỏc mỏy chủ thư với nhau.
POP3 (Post Office Protocol): Cho phộp lấy thư điện tử từ hộp thư trờn mỏy chủ.
DNS (Domain Name System): Chuyển đổi tờn miền thành địa chỉ IP. Giao thức
này thường được cỏc ứng dụng sử dụng khi người dựng ứng dụng này dựng tờn chứ khụng dựng địa chỉ IP.
DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): Cung cấp cỏc thụng tin cấu hỡnh
động cho cỏc trạm, chẳng hạn như gỏn địa chỉ IP.
SNMP (Simple Network Managament Protocol): Được sử dụng để quản trị từ xa
cỏc thiết bị mạng chạy TCP/IP. SNMP thường được thực thi trờn cỏc trạm của người quản lý, cho phộp người quản lý tập trung nhiều chức năng giỏm sỏt và điều khiển trong mạng.
3.3.4.2 Tầng giao vận
Tầng giao vận chịu trỏch nhiệm chuyển phỏt toàn bộ thụng bỏo từ tiến trỡnh-tới-tiến trỡnh. Tại tầng này cú 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.
Giao thức TCP
Một giao thức tầng giao vận thường cú nhiều chức năng. Một trong số đú là tạo một truyền thụng tiến trỡnh-tới-tiến trỡnh (chương trỡnh-tới-chương trỡnh). Để thực hiện điều này, TCP sử dụng cổng. Một chức năng khỏc của giao thức tầng 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. Nú sử dụng gúi xỏc nhận, thời gian chờ và truyền lại để thực hiện
điều khiển lỗi.
TCP là một giao thức hướng kết nối. Nú cú trỏch nhiệm thiết lập một kết nối với phớa nhận, chia luồng dữ liệu thành cỏc đơn vị cú thể vận chuyển, đỏnh số chỳng và sau đú gửi
chỳng lần lượt.
Giao thức UDP
UDP (User Datagram protocol) là một giao thức truyền thụng phi kết nối và khụng tin cậy, được dựng thay thế cho TCP theo yờu cầu của ứng dụng. UDP cú trỏch nhiệm truyền cỏc thụng bỏo từ tiến trỡnh-tới-tiến trỡnh, nhưng khụng cung cấp cỏc cơ chế giỏm sỏt và quản lý.
UDP cũng cung cấp cơ chế gỏn và quản lý cỏc số cổng để định danh duy nhất cho cỏc
ứng dụng chay trờn một trạm của mạng. Do ớt chức năng phức tạp nờn UDP cú xu thế hoạt động nhanh hơn so với TCP. Nú thường được dựng cho cỏc ứng dụng khụng đũi hỏi độ tin
cậy cao trong giao vận.
Một số giao thức tiờu biểu tầng ứng dụng sử dụng UDP gồm:
- Giao thức truyền tệp thụng thường (TFTP – Trivial File Transfer Protocol)
- Giao thức quản lý mạng đơn giản (SNMP – Simple Network Management
Protocol)
- Hệ thống tờn miền (DNS – Domain Name System)
3.3.4.3 Tầng liờn mạng
Tầng liờn mạng trong chồng giao thức TCP/IP tương ứng với tầng mạng trong mụ hỡnh OSI. Chức năng chớnh của tầng mạng là đỏnh địa chỉ lụgic và định tuyến gúi tới đớch. Giao thức đỏng chỳ ý nhất ở tầng liờn mạng chớnh là giao thức liờn mạng (IP - Internet
Protocol). Ngoài ra cũn cú một số giao thức khỏc như ICMP, ARP và RARP.
Giao thức IP
IP là một giao thức phi kết nối và khụng tin cậy. Nú cung cấp dịch vụ chuyển gúi nỗ lực nhất. Nỗ lực nhất ở đõy cú nghĩa IP khụng cung cấp chức năng theo dừi và kiểm tra lỗi. Nú chỉ cố gắng chuyển gúi tới đớch chứ khụng cú sự đảm bảo. Nếu độ tin cậy là yếu tố quan trọng, IP phải hoạt động với một giao thức tầng trờn tin cậy, chẳng hạn TCP.
IP cũng là một dịch vụ phi kết nối, được thiết kế cho một mạng chuyển mạch gúi. Phi kết nối cú nghĩa mỗi datagram được xử lý độc lập, mỗi gúi cú thể đi tới đớch trờn một đường
đi khỏc nhau, chỳng cú thể đến sai thứ tự. Một số datagram cú thể bị mất, bị hỏng trong khi
truyền. IP dựa vào một giao thức tầng cao hơn để xử lý những vấn đề này.
Địa chỉ IP
Hiện nay, địa chỉ IP sử dụng cho địa chỉ mạng và Host trong mụi trường liờn mạng hiện nay là IPv4 (IP version 4). Tuy nhiờn, địa chỉ IPv6 và IPv9 cũng đó được nghiờn cứu và thử nghiệm thành cụng. Trong phần này, chỳng ta chỉ nghiờn cứu IPv4.
Ở mức ứng dụng, chỳng ta cú thể coi một liờn mạng là một mạng đơn lẻ kết nối cỏc
trạm với nhau. Để một trạm truyền thụng với trạm khỏc, chỳng ta cần một hệ thống định
danh toàn cầu. Núi cỏch khỏc, chỳng ta cần đặt tờn duy nhất cho mỗi trạm. Hệ thống định
danh này chỉ được sử dụng tại tầng ứng dụng, khụng thể sử dụng ở tầng mạng vỡ trờn mạng cũn cú cỏc thực thể khỏc gắn tới, chẳng hạn router.
Một liờn mạng được tạo nờn từ sự kết hợp của cỏc mạng vật lý (LAN hoặc WAN) kết nối với nhau qua cỏc router. Khi một trạm truyền thụng với một trạm khỏc, gúi dữ liệu cú thể di chuyển từ một mạng vật lý này đến mạng vật lý khỏc bằng cỏch sử dụng cỏc router này. Nghĩa là việc truyền thụng tại mức này cũng cần cú một hệ thống định danh toàn cục. Một trạm phải cú thể truyền thụng với một trạm bất kỳ mà khụng phải lo lắng về mạng vật lý phải
đi qua. Nghĩa là tại tầng này, một trạm cũng phải được định danh duy nhất và toàn cục. Hơn
nữa, để định tuyến tối ưu và hiệu quả, mỗi router cũng phải được định danh duy nhất và toàn cục tại tầng này.
Số hiệu nhận dạng được sử dụng ở tầng liờn mạng của bộ giao thức TCP/IP được gọi là địa chỉ liờn mạng hay địa chỉ IP. Nú là địa chỉ nhị phõn 32 bớt, được thực thi trong phần mềm, dựng để định danh duy nhất và toàn cục một trạm hoặc một router trờn liờn mạng.
Cỏc địa chỉ IP là duy nhất theo nghĩa mỗi địa chỉ định danh một và chỉ một thiết bị (trạm hoặc router) trờn liờn mạng. Hai thiết bị trờn liờn mạng khụng thể cú cựng địa chỉ IP. Tuy nhiờn, một thiết bị cú thể cú nhiều địa chỉ IP nếu chỳng được kết nối tới nhiều mạng vật lý khỏc nhau.
Cỏc địa chỉ IP là toàn cục theo nghĩa hệ thống đỏnh địa chỉ này phải được tất cả cỏc trạm muốn kết nối tới liờn mạng chấp nhận.
Mỗi địa chỉ IP gồm 4 byte (32 bớt), định nghĩa hai phần: địa chỉ mạng (NetID) và địa chỉ trạm (HostID). Cỏc phần này cú chiều dài khỏc nhau tuỳ thuộc vào lớp địa chỉ. Cỏc bớt
đầu tiờn trong phần địa chỉ mạng xỏc định lớp của địa chỉ IP.
Để dễ đọc và dễ nhớ, cỏc địa chỉ IP thường được biểu diễn dưới dạng thập phõn dấu
chấm. Trong cỏch biểu diễn này, cỏc byte được tỏch riờng và được biểu diễn dưới dạng thập phõn; phõn tỏch cỏc byte này là một dấu chấm (Hỡnh 3.11).
11000000 00000001 00000010 00000011
192. 1. 2. 3
Hỡnh 3.11: Địa chỉ IPv4
Địa chỉ IP 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 cỏc lớp là khỏc nhau. Cỏc bit đầu tiờn của byte đầu tiờn của
địa chỉ IP được dựng để định danh lớp địa chỉ (0 - lớp A; 10 - lớp B; 110 - lớp C; 1110 - Lớp
D và 1111 - lớp E).
IPv6
Giao thức tầng liờn mạng trong bộ giao thức TCP/IP hiện nay là IPv4. IPv4 cung cấp truyền thụng trạm-tới-trạm giữa cỏc hệ thống trờn Internet. Cho dự IPv4 được thiết kế tốt, nhưng nú vẫn cú một số hạn chế mà trở nờn khụng phự hợp với sự phỏt triển nhanh của Internet:
- IPv4 sử dụng 32 bớt để đỏnh địa chỉ và chia khoảng địa chỉ thành cỏc lớp A, B, C, D, E. Khoảng địa chỉ IPv4 là khụng đủ cho sự phỏt triển nhanh chúng của Internet.
- Internet phải điều tiết truyền video và õm thanh thời gian thực. Cỏc kiểu truyền này yờu cầu độ trễ tối thiểu và khả năng dành trước tài nguyờn. Những điều chưa được hỗ trợ trong IPv4.
- IPv4 khụng hỗ trợ mật mó và chứng thực.
Để vượt qua những hạn chế này, IPv6 đó được phỏt triển. Trong IPv6, giao thức IP được thay đổi để điều tiết sự thay đổi khụng thể đoỏn trước của Internet. Định dạng và chiều
dài của địa chỉ IP được thay đổi cựng với định dạng gúi. Cỏc giao thức liờn quan như ICMP cũng được thay đổi. Cỏc giao thức khỏc ở tầng liờn mạng như ARP, RARP và IGMP khụng cũn. Chức năng của chỳng được đưa vào giao thức ICMP. Cỏc giao thức định tuyến, như
RIP và OSPF, cũng cú chỳt sửa đổi để thớch ứng những thay đổi này. IPv6 cú một số ưu điểm so với IPv4:
dài địa chỉ IPv4.
- Định dạng tiờu đề tốt hơn. IPv6 sử dụng định dạng tiờu đề mới, trong đú cỏc
tựy chọn được tỏch khỏi phần tiờu đề cơ sở và nếu cần, được thờm vào giữa phần tiờu đề cơ sở và dữ liệu. Do vậy, làm đơn giản và tăng tốc độ xử lý định tuyến vỡ hầu hết cỏc tựy chọn
đều khụng cần được router kiểm tra.
- Cỏc tựy chọn mới. IPv6 cú một số tựy chọn mới cho phộp cỏc chức năng bổ
sung.
- Cho phộp mở rộng. IPv6 được thiết kế để cho phộp mở rộng khi cú yờu cầu.
- Hỗ trợ cấp phỏt tài nguyờn. Trong IPv6, trường loại dịch vụ được bỏ đi,
nhưng một cơ chế (được gọi là nhón luồng) được thờm vào để cho phộp nguồn yờu cầu xử lý gúi đặc biệt. Cơ chế này cú thể được sử dụng để hỗ trợ lưu lượng video hoặc õm thanh thời gian thực.
- Bảo mật hơn. Tựy chọn mật mó và chứng thực trong IPv6 cung cấp tớnh toàn
vẹn và tớnh bảo mật của gúi.