Mô hình TCP/IP

T ầng ứng dụng (Process/Application Layer): Ứng với các tầng Session, Presentation và Aplication trong mô hình OSI. Tầng ứmg dụng hỗ trợ các ứng dụng cho các giao thức tầng Host to Host. Cung cấp giao diện cho người sử dụng mô hình TCP/IP. Các giao thức ứng dụng gồm TELNET(truy nhập từ xa), FTP (truyền File), SMTP (thư điện tử),.......

T ầng vận chuyển Host to Host: Ưng với tầng vận chuyển (Transport Layer) trong mô hình OSI, tầng Host to Host thực hiện những kết nối giữa hai máy chủ trên mạng bằng 2 giao thức: giao thức điều khiển trao đổi dữ liệu TCP (Transmission Control Protocol) và giao thức dữ liệu người sử dụng UDP (User Datagram Protocol).Giao thức TCP là giao thức kết nối hướng liên kết (Connection - Oriented) chịu trách nhiệm đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy cao trong việc trao đổi dữ liệu giữa các thành phần của mạng, tính đồng thời và kết nối song công (Full Duplex). Khái niệm tin độ cậy cao nghĩa là TCP kiểm soát lỗi bằng cách truyền lại các gói tin bị lỗi. Giao thức TCP cũng hỗ trợ những kết nối đồng thời. Nhiều kết nối TCP có thể được thiết lập tại một máy chủ và dữ liệu có thể được truyền đi một cách đồng thời và độc lập với nhau trên các kết nối khác nhau. TCP cung cấp kết nối song công (Full Duplex), dữ liệu có thể được trao đổi trên một kết nối đơn theo 2 chiều. Giao thức UDP được sử dụng cho những ứng dụng không đòi hỏi độ tin cậy cao.

T ầng mạng (Internet Layer):Ưng với tầng mạng (Network Layer) trong mô hình OSI, tầng mạng cung cấp một địa chỉ logic cho giao diện vật lý mạng. Giao thức thực hiện của tầng mạng trong mô hình DOD là giao thức IP kết nối không liên kết (Connectionless), là hạt nhân hoạt động của Internet. Cùng với các giao thức định tuyến RIP, OSPF, BGP, tầng tầng mạng IP cho phép kết nối một cách mềm dẻo và linh hoạt các loại mạng "vật lý" khác nhau như: Ethernet, Token Ring, X.25... Ngoài ra tầng này còn hỗ trợ các ánh xạ giữa địa chỉ vật lý (MAC) do tầng Network Access Layer cung cấp với địa chỉ logic bằng các giao thức phân giải địa chỉ ARP (Address Resolution Protocol) và phân giải địa chỉ đảo RARP (Reverse Address Resolution Protocol). Các vấn đề có liên quan đến chuẩn đoán lỗi và các tình huống bất thường liên quan đến IP được giao thức ICMP (Internet Control Message Protocol) thống kê và báo cáo. Tầng trên sử dụng các dịch vụ do tầng Liên mạng cung cấp.

T ầng tầng truy nhập mạng (Network Access Layer): Tương ứng với tầng Vật lý và Liên kết dữ liệu trong mô hình OSI, tầng truy nhập mạng cung cấp các phương tiện kết nối vật lý cáp, bộ chuyển đổi (Transceiver), Card mạng, giao thức kết nối, giao thức truy nhập đường truyền như CSMA/CD, Tolen Ring, Token Bus..). Cung cấp các dịch vụ cho tầng Internet phân đoạn dữ liệu thành các khung.

Một số giao thức cơ bản của bộ giao thức TCP/IP

3.2.1. Giao thức gói tin người sử dụng UDP (User Datagram Protocol)

UDP là giao th ức không liên kết (Connectionless). UDP sử dụng cho các tiến trình không yêu cầu về độ tin cậy cao, không có cơ chế xác nhận ACK, không đảm bảo chuyển giao các gói dữ liệu đến đích và theo đúng thứ tự và không thực hiện loại bỏ các gói tin trùng lặp. Nó cung cấp cơ chế gán và quản lý các số hiệu cổng để định danh duy nhất cho các ứng dụng chạy trên một Client của mạng và thực hiện việc ghép kênh. UDP thường sử dụng kết hợp với các giao thức khác, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu xử lý nhanh như các giao thưc SNMP và VoIP.

- Giao th ức SNMP (Simple Network Management Protocol) là giao thức quản lý mạng phổ biến, khả năng tương thích cao. SNMP cung cấp thông tin quản trị MIB (Management Information Base) và hỗ trợ quản lý và giám sát Agent.

- VoIP ứng dụng UDP: Kỹ thuật VoIP (Voice over IP) được thừa kế kỹ thuật giao vận IP. Các mạng IP sử dụng hai loại giao thức định tuyến: định tuyến vectơ khoảng cách và định tuyến trạng thái liên kết. Hệ thống đảm bảo tính năng thời gian thực, tốc độ truyền cao, các gói thoại không có trễ quá mức và độ tin cậy cao.

3.2.2. Giao thức điều khiển truyền TCP (Transmission Control Protocol)

TCP là m ột giao thức hướng liên kết (Connection Oriented), tức là trước khi truyền dữ liệu, thực thể TCP phát và thực thể TCP thu thương lượng để thiết lập một kết nối logic tạm thời, tồn tại trong quá trình truyền số liệu. TCP nhận thông tin từ tầng trên, chia dữ liệu thành nhiều gói theo độ dài quy định và chuyển giao các gói tin xuống cho các giao thức tầng mạng (Tầng IP) để định tuyến. Bộ xử lý TCP xác nhận từng gói, nếu không có xác nhận gói dữ liệu sẽ được truyền lại. Thực thể TCP bên nhận sẽ khôi phục lại thông tin ban đầu dựa trên thứ tự gói và chuyển dữ

li ệu lên tầng trên.

TCP cung c ấp khả năng truyền dữ liệu một cách an toàn giữa các thành trong liên mạng. Cung cấp các chức năng kiểm tra tính chính xác của dữ liệu khi đến đích và truyền lại dữ liệu khi có lỗi xảy ra. TCP cung cấp các chức năng chính sau:

- Thiết lập, duy trì, giải phóng liên kết giữa hai thực thể TCP.

- Phân phát gói tin một cách tin cậy.

- Tạo số thứ tự (Sequencing) các gói dữ liệu.

- Điều khiển lỗi.

- Cung c ấp khả năng đa kết nối cho các quá trình khác nhau giữa thực thể nguồn và thực thể đích thông qua việc sử dụng số hiệu cổng.

- Truyền dữ liệu theo chế độ song công (Full-Duplex).

TCP có những đặc điểm sau:

- Hai thực thể liên kết với nhau phải trao đổi, đàm phán với nhau về các thông tin liên kết.

H ội thoại, đàm phán nhằm ngăn chặn sự tràn lụt và mất dữ liệu khi truyền.

- Hệ thống nhận phải gửi xác nhận cho hệ thống phát biết rằng nó đã nhận gói dữ liệu.

- Các Datagram IP có thể đến đích không đúng theo thứ tự , TCP nhận sắp xếp lại.

- Hệ thống chỉ phát lại gói tin bị lỗi, không loại bỏ toàn bộ dòng dữ liệu.

Giao thức mạng IP (Internet Protocol)

Các ch ức năng chính của IP: IP (Internet Protocol) là giao thức không liên kết. Chức năng chủ yếu của IP là cung cấp các dịch vụ Datagram và các khả năng kết nối các mạng con thành liên mạng để truyền dữ liệu với phương thức chuyển mạch gói IP Datagram, thực hiện tiến trình định địa chỉ và chọn đường. IP Header được thêm vào đầu các gói tin và được giao thức tầng thấp truyền theo dạng khung dữ liệu (Frame). IP định tuyến các gói tin thông qua liên mạng bằng cách sử dụng các bảng định tuyến động tham chiếu tại mỗi bước nhảy. Xác định tuyến được tiến hành bằng cách tham khảo thông tin thiết bị mạng vật lý và logic như ARP giao thức phân giải địa chỉ. IP thực hiện việc tháo rời và khôi phục các gói tin theo yêu cầu kích thước được định nghĩa cho các tầng vật lý và liên kết dữ liệu thực hiện. IP kiểm tra lỗi thông tin điều khiển, phần đầu IP bằng giá trị tổng CheckSum.

Đị a chỉ IP : Mỗi một trạm (Host) được gán một địa chỉ duy nhất gọi là địa chỉ IP. Mỗi địa chỉ IP có độ dài 32 bit được tách thành 4 vùng (mỗi vùng 1 byte), có thể được biểu diễn dưới dạng thập phân, bát phân, thập lục phân hoặc nhị phân. Cách viết phổ biến nhất là dưới dạng thập phân có dấu chấm để tách giữa các vùng.

C ấu trúc gói dữ liệu IP: Các gói dữ liệu IP được gọi là các Datagram. Mỗi Datagram có phần tiêu đề (Header) chứa các thông tin điều khiển. Nếu địa chỉ IP đích cùng mạng với trạm nguồn thì các gói dữ liệu sẽ được chuyển thẳng tới đích, nếu địa chỉ IP đích không cùng mạng IP với máy nguồn thì các gói dữ liệu sẽ được gửi đến một máy trung chuyển IP Gateway để chuyển tiếp. IP Gateway là một thiết bị mạng IP đảm nhận việc lưu chuyển các gói dữ liệu IP giữa hai mạng IP khác nhau

3.2.4. Giao thức thông báo điều khiển mạng ICMP(Internet Control Message Protocol) Giao thức IP không có cơ chế kiểm soát lỗi và kiểm soát luồng dữ liệu. Các nút mạng cần biết tình trạng các nút khác, các gói dữ liệu phát đi có tới đích hay không...

Các ch ức năng chính: ICMP là giao thức điều khiển của tầng IP, sử dụng để trao đổi các thông tin điều khiển dòng dữ liệu, thông báo lỗi và các thông tin trạng thái khác của bộ giao thức TCP/IP.

- Điều khiển lưu lượng (Flow Control): Khi các gói dữ liệu đến quá nhanh, thiết bị đích hoặc thiết bị định tuyến ở giữa sẽ gửi một thông điệp ICMP trở lại thiết bị gửi, yêu cầu thiết bị gửi tạm thời ngừng việc gửi dữ liệu.

- Thông báo lỗi: Trong trường hợp không tới được địa chỉ đích thì hệ thống sẽ gửi một thông báo lỗi "Destination Unreachable".

- Định hướng lại các tuyến (Redirect Router): Một Router gửi một thông điệp ICMP cho một trạm thông báo nên sử dụng Router khác. Thông điệp này có thể chỉ được dùng khi trạm nguồn ở trên cùng một mạng với hai thiết bị định tuyến.

- Kiểm tra các trạm ở xa: Một trạm có thể gửi một thông điệp ICMP "Echo" để kiểm tra trạm có hoạt động hay không.

3.2.5. Giao thức phân giải địa chỉ ARP (Address Resolution Protocol)

Giao th ức TCP/IP sử dụng ARP để tìm địa chỉ vật lý của trạm đích. Ví dụ khi cần gửi một gói dữ liệu IP cho một hệ thống khác trên cùng một mạng vật lý Ethernet, hệ thống gửi cần biết địa chỉ Ethernet của hệ thống đích để tầng liên kết dữ liệu xây dựng khung gói dữ liệu. Thông thường, mỗi hệ thống lưu giữ và cập nhật bảng thích ứng địa chỉ IP-MAC tại chỗ (còn được gọi là bảng ARP Cache). Bảng thích ứng địa chỉ được cập nhật bởi người quản trị hệ thống hoặc tự động bởi giao thức ARP sau mỗi lần ánh xạ được một địa chỉ tương ứng mới.

Tóm l ại tiến trình của ARP được mô tả như sau:

- IP yêu cầu địa chỉ MAC.

- Tìm kiếm trong bảng ARP.

- Nếu tìm thấy sẽ trả lại địa chỉ MAC.

- Nếu không tìm thấy, tạo gói ARP yêu cầu và gửi tới tất cả các trạm.

- Tuỳ theo gói tin trả lời, ARP cập nhật vào bảng ARP và gửi địa chỉ MAC cho IP.

3.2.6. Giao thức phân giải địa chỉ ngược RARP (Reverse Address Resolution Protocol)

RARP là giao th ức phân giải địa chỉ ngược. Quá trình này ngược lại với quá trình ARP ở trên, nghĩa là cho trước địa chỉ mức liên kết, tìm địa chỉ IP tương ứng. Như vậy RARP được sử dụng để phát hiện địa chỉ IP, khi biết địa chỉ vật lý MAC. Và cũng được sử dụng trong trường hợp trạm làm việc không có đĩa

Khuôn d ạng gói tin RARP tương tự như khuôn dạng gói ARP đã trình bày, chỉ khác là trường Opcode có giá trị 0×0003 cho mã lệnh yêu cầu(RARP Request) và có giá trị 0×0004 cho mã lệnh trả lời(RARP Reply).

Nguyên t ắc hoạt động của RARP ngược với ARP, nghĩa là máy đã biết trước địa chỉ vật lý MAC tìm địa chỉ IP tương ứng của nó. Hình 3.12 minh họa hoạt động của giao thức RARP. Máy A cần biết địa IP của nó, nó gửi gói tin RARP Request chứa địa chỉ MAC cho tất cả các máy trong mạng LAN. Mọi máy trong mạng đều có thể nhận gói tin này nhưng chỉ có Server mới trả lại RARP Reply chứa địa chỉ IP của nó.