tìm hiểu TCP/IP (phần 3)

TCP/IP có nhiều thuộc tính quan trọng mà chúng ta cần xem xét. Đặc biệt, cần chú ý đến cách bộ giao thức TCP/IP giải quyết những vấn đề sau: (1) Địa chỉ logic, (2) Định tuyến, (3) Dịch vụ tạo địa chỉ tên, (4) Kiểm tra lỗi và kiểm soát giao thông, (5) Hỗ trợ ứng dụng. Những vấn đề này là cốt lõi của TCP/IP.
Địa chỉ logic
Một bộ điều hợp mạng (network adapter) có một địa chỉ vật lý cố định và duy nhất. Địa chỉ vật lý là một con số cho trước gắn vào bộ điều hợp tại nơi sản xuất. Trong mạng cục bộ, những giao thức chỉ chú trọng vào phần cứng sẽ vận chuyển dữ liệu theo mạng vật lý nhờ sử dụng địa chỉ vật lý của bộ điều hợp. Có nhiều loại mạng và mỗi mạng có cách thức vận chuyển dữ liệu khác nhau. Ví dụ, một mạng Ethernet, một máy tính gửi thông tin trực tiếp tới bộ phận trung gian. Bộ điều phối mạng của mỗi máy tính sẽ lắng nghe tất cả các tín hiệu truyền qua lại trong mạng cục bộ để xác định thông tin nào có địa chỉ nhận giống của mình.
Tất nhiên, với những mạng rộng hơn, các bộ điều hợp không thể lắng nghe tất cả các thông tin. Khi các bộ phận trung gian trở nên quá tải với số lượng máy tính được thêm mới, hình thức hoạt động này không thể hoạt động hiệu quả.
Các nhà quản trị mạng thường phải chia vùng mạng bằng cách sử dụng các thiết bị như bộ định tuyến để giảm lượng giao thông. Trên những mạng có định tuyến, người quản trị cần có cách để chia nhỏ mạng thành những phần nhỏ (gọi là tiểu mạng) và thiết lập các cấp độ để thông tin có thể di chuyển tới đích một cách hiệu quả. TCP/IP cung cấp khả năng chia tiểu mạng thông qua địa chỉ logic. Một địa chỉ logic là địa chỉ được thiết lập bằng phần mềm của mạng. Trong TCP/IP, địa chỉ logic của một máy tính được gọi là địa chỉ IP. Một địa chỉ IP bao gồm: mã số (ID) mạng, dùng để xác định mạng; ID tiểu mạng, dùng để xác định vị trí tiểu mạng trong hệ thống; ID máy nguồn (chủ), dùng để xác định vị trí máy tính trong tiểu mạng.
Hệ thống tạo địa chỉ IP cũng cho phép quản trị mạng đặt ra hệ thống số của mạng một cách hợp lý để khi cần mở rộng có thể dễ dàng bổ sung và quản lý.
Định tuyến
Bộ định tuyến là thiết bị đặc biệt có thể đọc được thông tin địa chỉ logic và điều khiển dữ liệu trên mạng tới được đích của nó.
Ở mức độ đơn giản nhất, bộ định tuyến phân chia tiểu vùng từ hệ thống mạng (xem hình 1.3). Dữ liệu cần chuyển tới địa chỉ nằm trong tiểu vùng đó, nên không qua bộ định tuyến. Nếu dữ liệu cần tới máy tính nằm ngoài tiểu vùng của máy gửi đi (máy chủ), thì bộ định tuyến sẽ làm nhiệm vụ của mình. Trong những mạng có quy mô rộng lớn hơn, như Internet chẳng hạn, sẽ có vô vàn bộ định tuyến và cung cấp các lộ trình khác nhau từ nguồn tới đích (xem hình 1.4).
Hình 1.3 – Bộ định tuyến nối LAN với mạng lớn hơn.Hình 1.4 – Mạng có định tuyến.TCP/IP bao gồm các giao thức có chức năng xác định cách các bộ định tuyến tìm lộ trình trong mạng.
Giải pháp địa chỉ dạng tên
Mặc dù địa chỉ IP số có thể thân thiện hơn với địa chỉ vật lý của adapter mạng, nhưng IP được thiết kế chỉ đơn giản là nhằm tạo sự thuận tiện cho máy tính chứ không phải con người. Mọi người chắc chắn sẽ gặp phải khó khăn khi nhớ các địa chỉ như 111.121.131.146 hay 111.121.131.156. Vì thế, TCP/IP cung cấp một địa chỉ dạng ký tự tương ứng với địa chỉ số, những địa chỉ ký tự này được gọi là tên miền hay DNS (Dịch vụ tên miền). Một số máy tính đặc biệt được gọi là máy chủ quản lý tên miền lưu trữ các bảng hướng dẫn cách gắn tên miền với địa chỉ số.
Kiểm tra lỗi và kiểm soát giao thông
Bộ giao thức TCP/IP cung cấp các thuộc tính đảm bảo mức độ tin cậy của việc vận chuyển dữ liệu trên mạng. Những thuộc tính này bao gồm việc kiểm tra lỗi trong quá trình vận chuyển (để xác định dữ liệu đã tới nơi chính là cái đã được gửi đi) và xác nhận việc thông tin đã được nhận. Lớp Vận chuyển của TCP/IP xác định các việc kiểm tra lỗi và xác nhận thông qua giao thức TCP. Nhưng giao thức ở cấp thấp hơn, Lớp Truy cập Mạng, cũng đóng một vai trò trong toàn bộ quá trình kiểm tra lỗi.
Hỗ trợ ứng dụng
Bộ giao thức phải cung cấp giao diện cho ứng dụng trên máy tính để những ứng dụng này có thể tiếp cận được phần mềm giao thức và có thể vào mạng. Trong TCP/IP, giao diện từ mạng cho tới ứng dụng chạy trên máy ở mạng cục bộ được thực hiện thông qua các kênh logic gọi là cổng (port). Mỗi cổng có một số đánh dấu.

Một số tổ chức đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của TCP/IP và Internet. Trong số đó phải kể đến Uỷ ban Cố vấn Internet (IAB), Lực lượng Quản lý Kỹ thuật Internet (IETF), Lực lượng Nghiên cứu Internet (IRTF), Cơ quan Cấp địa chỉ số Internet (IANA) và Dịch vụ Thông tin Internet (InterNIC).
Uỷ ban Cố vấn Internet (IAB): Cơ quan này có trách nhiệm xây dựng chính sách cho Internet và theo sát sự phát triển của các tiêu chuẩn TCP/IP.
Lực lượng Quản lý Kỹ thuật (IETF): Đây là một nhánh của IAB, có chức năng nghiên cứu và quyết định các vấn đề kỹ thuật. IETF được chia thành các nhóm, mỗi nhóm nghiên cứu một lĩnh vực của TCP/IP và Internet, chẳng hạn như Chương trình ứng dụng, Định tuyến, Quản lý mạng…
Lực lượng Nghiên cứu Internet (IRTF): Đây cũng là một nhánh của IAB, họ tập trung vào các chương trình nghiên cứu dài hạn.
Cơ quan Cấp địa chỉ số Internet (IANA): Tổ chức này có quyền cấp địa chỉ số Internet quan trọng như Internet IP, TCP và số cổng UDP.
Dịch vụ Thông tin Internet (InterNIC): Bạn có thể đăng ký tên miền Internet thông qua InterNIC. Địa chỉ liên hệ của InterNIC là http://internic.net.
Đa số các văn bản giấy tờ chính thức về TCP/IP đều có thể tìm thấy thông qua hệ thống yêu cầu cung cấp thông tin có tên RFC (Requests for Comment). Thư viện RFC bao gồm các tiêu chuẩn Internet và báo cáo của các nhóm nghiên cứu. Các hướng dẫn chính thức của IETF được xuất bản dưới dạng RFC. Nhiều RFC đề cập đến các khía cạnh của TCP/IP hoặc Internet. Bất kỳ ai cũng có thể gửi RFC để xem xét. Bạn có thể gửi đề xuất RFC tới IETF hoặc gửi trực tiếp tới bộ phận biên soạn RFC theo địa chỉ rfc-editor@rfc-editor.org.
RFC cung cấp kiến thức kỹ thuật nền tảng cho những ai muốn hiểu cặn kẽ hơn về TCP/IP. Đồng thời, nó cũng cung cấp một số nghiên cứu kỹ thuật về giao thức, các ứng dụng và dịch vụ, cũng như một số bài liên quan đến TCP/IP.
Bạn có thể tìm thấy RFC tại địa chỉ www.rfc-editor.org.

TCP/IP là một hệ thống (hoặc bộ) giao thức, và một giao thức là một hệ thống các quy định và thủ tục. Đại đa số phần cứng và phần mềm giúp máy tính tham gia quá trình trao đổi thông tin đều thực hiện các quy chuẩn của TCP/IP – người sử dụng không cần phải biết chi tiết các quy chuẩn này. Tuy nhiên, một nền tảng kiến thức về TCP/IP sẽ rất cần thiết nếu bạn muốn thiết lập cấu hình cũng như giải quyết các sự cố khi làm việc với mạng TCP/IP.
Trước khi xem xét các thành phần của TCP/IP, chúng ta nên bắt đầu bằng cách tìm hiểu qua nhiệm vụ của một hệ thống giao thức. Một hệ thống giao thức như TCP/IP phải đảm bảo khả năng thực hiện những công việc sau:
– Cắt thông tin thành những gói dữ liệu để có thể dễ dàng đi qua bộ phận truyền tải trung gian.
– Tương tác với phần cứng của adapter mạng.
– Xác định địa chỉ nguồn và đích: Máy tính gửi thông tin đi phải có thể xác định được nơi gửi đến. Máy tính đích phải nhận ra đâu là thông tin gửi cho mình.
– Định tuyến: Hệ thống phải có khả năng hướng dữ liệu tới các tiểu mạng, cho dù tiểu mạng nguồn và đích khác nhau về mặt vật lý.
Kiểm tra lỗi, kiểm soát giao thông và xác nhận: Đối với một phương tiện truyền thông tin cậy, máy tính gửi và nhận phải xác định và có thể sửa chữa lỗi trong quá trình vận chuyển dữ liệu.
Chấp nhận dữ liệu từ ứng dụng và truyền nó tới mạng đích.
Để có thể thực hiện các công việc trên, những người sáng tạo ra TCP/IP đã chia nó thành những phần riêng biệt, theo lý thuyết, hoạt động độc lập với nhau. Mỗi thành phần chịu một trách nhiệm riêng biệt trong hệ thống mạng.
Lợi thế của cấu trúc lớp nằm ở chỗ nó cho phép các nhà sản xuất dễ dàng áp dụng phần mềm giao thức cho các phần cứng và hệ điều hành. Các lớp giao thức TCP/IP bao gồm:
Lớp truy cập mạng – Cung cấp giao diện tương tác với mạng vật lý. Format dữ liệu cho bộ phận truyền tải trung gian và tạo địa chỉ dữ liệu cho các tiểu mạng dựa trên địa chỉ phần cứng vật lý. Cung cấp việc kiểm tra lỗi trong quá trình truyền dữ liệu.
Lớp Internet – Cung cấp địa chỉ logic, độc lập với phần cứng, để dữ liệu có thể lướt qua các tiểu mạng có cấu trúc vật lý khác nhau. Cung cấp chức năng định tuyến để giao lưu lượng giao thông và hỗ trợ việc vận chuyển liên mạng. Thuật ngữ liên mạng được dùng để đề cập đến các mạng rộng lớn hơn, kết nối từ nhiều LAN. Tạo sự gắn kết giữa địa chỉ vật lý và địa chỉ logic.
Lớp vận chuyển – Giúp kiểm soát luồng dữ liệu, kiểm tra lỗi và xác nhận các dịch vụ cho liên mạng. Đóng vai trò giao diện cho các ứng dụng mạng.
Lớp ứng dụng – Cung cấp các ứng dụng để giải quyết sự cố mạng, vận chuyển file, điều khiển từ xa, và các hoạt động Internet. Đồng thời hỗ trợ Giao diện Lập trình Ứng dụng (API) mạng, cho phép các chương trình được thiết kế cho một hệ điều hành nào đó có thể truy cập mạng.
Khi hệ thống giao thức TCP/IP chuẩn bị cho một khối dữ liệu di chuyển trên mạng, mỗi lớp trên máy gửi đi bổ sung thông tin vào khối dữ liệu đó để các lớp của máy nhận có thể nhận dạng được.

Ngành công nghiệp mạng có mô hình bảy lớp tiêu chuẩn cho cấu trúc giao thức mạng, gọi là Mô hình Liên kết Hệ thống Mở (Open Systems Interconnection – OSI). Mô hình OSI là kết quả của những nỗ lực của Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế; chuẩn hoá thiết kế hệ thống giao thức mạng nhằm phát triển sự liên kết qua lại và truy cập tự do giữa các chuẩn giao thức.
Khi kiến trúc tiêu chuẩn OSI xuất hiện thì TCP/IP đã trên con đường phát triển. Xét một cách chặt chẽ, TCP/IP không tuân theo OSI. Tuy nhiên, hai mô hình này có những mục tiêu giống nhau và do có sự tương tác giữa các nhà thiết kế tiêu chuẩn nên 2 mô hình xuất hiện những điểm tương thích. Cũng chính vì thế, các thuật ngữ của OSI thường được áp dụng cho TCP/IP. Hình 2.2 thể hiện mối quan hệ giữa tiêu chuẩn TCP/IP bốn lớp và mô hình OSI bảy lớp.
Hình 2.2.Lưu ý rằng, OSI chia nhiệm vụ của Lớp ứng dụng thành 3 phân lớp: Ứng dụng, Trình Bày và Khu vực. Hoạt động của Lớp tương tác mạng trong OSI được tách thành Lớp Kết nối dữ liệu và Lớp Vật lý. Việc chia nhỏ chức năng làm tăng thêm sự phức tạp, nhưng đồng thời cũng tạo ra sự linh hoạt cho các nhà phát triển.
Bảy lớp của mô hình OSI như sau:
Lớp vật lý – Chuyển đổi dữ liệu sang các dòng xung điện, đi qua bộ phận truyền tải trung gian và giám sát quá trình truyền dữ liệu.
Lớp kết nối dữ liệu – Cung cấp giao diện cho bộ điều hợp mạng, duy trì kết nối logic cho tiểu mạng.
Lớp mạng – Hỗ trợ địa chỉ logic và định tuyến.
Lớp vận chuyển – Kiểm tra lỗi và kiểm soát việc lưu chuyển liên mạng.
Lớp khu vực – Thiết lập các khu vực cho các ứng dụng tương tác giữa các máy tính.
Lớp trình bày – Dịch dữ liệu sang một dạng tiêu chuẩn, quản lý việc mã hoá và nén dữ liệu.
Lớp ứng dụng – Cung cấp giao diện cho các ứng dụng; hỗ trợ ứng dụng gửi file, truyền thông…
Điều cần đặc biệt lưu tâm là TCP/IP và OSI là các tiêu chuẩn, không phải là các bộ lọc hay phần mềm tạo giao thức.

Việc miêu tả các hệ thống giao thức theo lớp rất phổ biến và gần như thống nhất. Hệ thống các lớp thực sự cung cấp cái nhìn toàn diện về hệ thống giao thức. Tuy nhiên, nếu chỉ tập trung vào các lớp giao thức thì sẽ có một số hạn chế nhất định.
Trước hết, nói về các lớp giao thức chứ không phải giao thức tạo ra một mảng khái niệm trừu tượng đối với chủ đề vốn đã rất trừu tượng. Thứ nữa, phân chia cùng mức độ nhiều loại giao thức trong một chủ đề rộng về lớp giao thức sẽ tạo ra một ấn tượng sai lầm rằng tất cả các giao thức đều quan trọng như nhau.
Hình 2.4.
Trên thực tế, mặc dù mỗi giao thức có một vai trò nhất định, nhưng có thể miêu tả đa số chức năng của bộ TCP/IP bằng một vài trong số những giao thức quan trọng nhất của nó.
Hình 2.4 đưa ra những yếu tố cơ bản của hệ thống mạng giao thức TCP/IP. Tất nhiên, còn có các giao thức và dịch vụ khác trong bộ TCP/IP, nhưng hình 2.4 cho thấy những gì chính yếu nhất.
Nguyên tắc hoạt động của nó như sau:
1. Dữ liệu truyền từ một ứng dụng TCP/IP hoặc ứng dụng mạng thông qua một cổng TCP hay UDP tới giao thức lớp TCP hoặc UDP. Các chương trình có thể truy cập mạng qua TCP hoặc UDP, điều này phụ thuộc vào yêu cầu của chương trình.
* TCP là một giao thức định hướng kết nối. Các giao thức định hướng kết nối cung cấp khả năng kiểm soát giao thông và kiểm tra lỗi tinh vi hơn các giao thức không định hướng kết nối. TCP đảm bảo việc lưu chuyển của dữ liệu và đáng tin cậy hơn UDP, nhưng việc có thêm những chức năng này đồng nghĩa rằng TCP chậm hơn UDP.
* UDP là giao thức không định hướng kết nối. Nó nhanh hơn TCP, nhưng mức độ tin cậy thấp hơn.
2. Khi các gói dữ liệu đi tới cấp Internet, tại đây giao thức IP cung cấp thông tin địa chỉ logic và gắn thông tin đó vào gói dữ liệu.
3. Gói dữ liệu có IP tiến vào Lớp Truy cập mạng, tại đây nó chuyển giao cho bộ phận phần mềm được thiết kế để tương tác với mạng vật lý. Lớp Truy cập mạng tạo ra một hoặc nhiều khung dữ liệu để nó có thể vào mạng vật lý.
4. Khung dữ liệu sẽ được chuyển đổi thành một dải bit để tới bộ phận trung gian mạng.
Cách thức hoạt động chi tiết của từng giao thức sẽ được đề cập ở các phần tiếp sau.

Nền tảng của giao thức TCP/IP là Lớp Truy cập mạng, tập hợp các dịch vụ và quy định quản lý việc tiếp cận phần cứng của mạng lưới. Phần này sẽ tập trung về nhiệm vụ của Lớp Truy cập mạng và sự liên quan của nó với mô hình OSI.
Lớp Truy cập mạng là bộ phận “bí hiểm” nhất trong các lớp của TCP/IP. Về cơ bản, Lớp Truy cập mạng quản lý tất cả các dịch vụ và chức năng cần thiết cho việc chuẩn bị đưa dữ liệu sang mạng vật lý. Những trách nhiệm này gồm:
– Tương tác với bộ điều hợp mạng của máy tính.
– Điều phối quá trình truyền dữ liệu theo các quy ước xác định.
– Format dữ liệu thành các đơn vị gọi là mảng (frame) và đổi mảng đó thành dòng điện từ hoặc các xung điện, có khả năng di chuyển qua bộ phận truyền trung gian.
– Kiểm tra lỗi của các mảng dữ liệu gửi tới.
– Bổ sung thông tin kiểm tra lỗi cho các mảng gửi đi để máy tính nhận có thể phát hiện lỗi.
– Xác nhận việc nhận mảng thông tin và gửi lại dữ liệu nếu như chưa có xác nhận của bên kia.
Lớp Truy cập mạng quy định trình tự tương tác với phần cứng mạng và tiếp cận bộ phận truyền trung gian.
Mặc dù nguyên tắc hoạt động của nó rất phức tạp, nhưng Lớp Truy cập mạng hầu như không lộ hình đối với người sử dụng thông thường.

Trên nguyên tắc, TCP/IP hoạt động hoàn toàn độc lập với mô hình mạng 7 lớp OSI (Open System Interconnection), nhưng OSI thường được sử dụng làm tiêu chuẩn để giải thích các hệ thống giao thức khác.
Các thuật ngữ và quan niệm của OSI hay được dùng để nói về lớp truy cập mạng, bởi vì mô hình OSI phân cấp các mục nhỏ hơn.
Hình 3.1 cho thấy lớp truy cập mạng TCP/IP gần như tương ứng với các lớp vật lý và liên kết dữ liệu của OSI.
Hình 3.1 – Tương quan lớp mô hình TCP/IP và OSI.Lớp vật lý OSI chịu trách nhiệm chuyển mảng dữ liệu thành những dải bit phù hợp cho bộ phận trung gian. Nói cách khác, lớp vật lý OSI quản lý và đồng bộ các xung điện. Tại đầu nhận dữ liệu, Lớp vật lý lắp ráp các xung điện thành mảng dữ liệu.
Lớp kết nối dữ liệu OSI thực hiện 2 chức năng riêng biệt và được phân nhỏ thành 2 lớp phụ:
* Media Access Control (MAC) – cung cấp giao diện với adapter mạng. Trên thực tế, driver cho adapter mạng thường được gọi là MAC driver.
* Logical Link Control (LLC) – thực hiện việc kiểm tra lỗi các mảng dữ liệu được chuyển qua tiểu mạng và quản lý đường link giữa các thiết bị liên lạc trong tiểu mạng.

Gửi phản hồi

Please log in using one of these methods to post your comment:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s

%d bloggers like this: