CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG IP 1.1 Mô hình phân lớp mạng 1.1 Mô hình OSI Mô hình OSI (Open System Interconection) đóng vai trò như một khuôn khổ để phân loại các đặc tính và hoạt động của các thiết bị mạng thành 7 loại hoặc lớp khác nhau. Được giới thiệu lần đầu vào cuối những năm 1970, đây là hệ thống mở tập hợp các giao thức cho phép bất kỳ hai hệ thống khác nhau giao tiếp với nhau bất kể kiến trúc cơ bản của chúng. Mục đích của mô hình OSI là chỉ ra cách tạo điều kiện giao tiếp giữa các hệ thống khác nhau mà không yêu cầu thay đổi logic của phần cứng và phần mềm bên dưới. OSI không phải một giao thức, nó là một mô hình để hiểu và thiết kế một kiến trúc mạng linh hoạt, mạnh mẽ và có thể tương tác.
Việc áp dụng phân lớp vào mạng cho phép các lớp riêng lẻ được sửa đổi mà không ảnh hưởng đến các lớp bên trên hoạc bên dưới. Phân lớp trong mô hình OSI Khi phát triển mô hình, các nhà thiết kế đã chắt lọc quy trình truyền dữ liệu tới các yếu tố cơ bản nhất của nó. Họ đã xác định những chức năng mạng nào có liên quan sử dụng và thu thập các chức năng đó thành các nhóm rời rạc trở thành các lớp. Mỗi lớp xác định một họ các chức năng khác biệt với các chức năng của các lớp khác.
Bằng cách xác định và bản địa hóa chức năng theo cách này, các 4 nhà thiết kế đã tạo ra một kiến trúc vừa toàn diện vừa linh hoạt. Quan trọng nhất, mô hình OSI cho phép hoàn thành khả năng tương tác giữa các hệ thống không tương thích. Trong một máy duy nhất, mỗi lớp gọi các dịch vụ của lớp ngay bên dưới nó. Ví dụ, lớp 3 sử dụng các dịch vụ được cung cấp bởi lớp 2 và cung cấp các dịch vụ cho lớp 4.
Giữa các máy, lớp x trên một máy giao tiếp với lớp x trên máy khác. Giao tiếp này được điều chỉnh bởi một loạt các quy tắc đã thỏa thuận và các quy ước được gọi là giao thức. Các quy trình trên mỗi máy giao tiếp tại một lớp nhất định được gọi là các quy trình ngang hàng. Giao tiếp giữa các máy là do đó đây là một quá trình ngang hàng sử dụng các giao thức thích hợp với một lớp nhất định.
Để xây dựng nên mô hình OSI phải xuất phát từ kiến trúc phân tầng với một số nguyên tắc sau: - Hạn chế số lớp để đơn giản hóa mô hình. - Các chức năng được định nghĩa rõ ràng tại các lớp. - Lựa chọn chức năng cho mỗi lớp phải tuân theo quy tắc chuẩn quốc tế. - Số mức phải đủ lớn để các chức năng tách biệt không nằm trên cùng một lớp đủ nhỏ để không quá phức tạp.
- Mỗi lớp có thể phân chia nhỏ nếu cần thiết. Các lớp con có thể được loại bỏ khi không cần thiết. - Hai hệ thống khác nhau có thể truyền thông với nhau nếu chúng đảm bảo các nguyên tắc chung (Cài đặt cùng một giao thức truyền thông). - Các chức năng cũng được tổ chức thành các lớp đồng mức cung cấp các chức năng như nhau.
Các tầng lớp mức phải sử dụng một giao thức chung. Các lớp phía trên của mô hình OSI Các lớp phía trên cung cấp, hỗ trợ ở mức ứng dụng như giao diện người dùng, định dạng dữ liệu và các phiên giao tiếp. - Lớp ứng dụng (Application Layer): cung cấp phương tện để người dung có thể truy cập vào môi trường OSI, đồng thời cung cấp những dịch vụ thông tin. Ví dụ như trình duyệt web, thư điện tử hay các chương trình xử lý văn bản.
5 - Lớp trình diễn (Presentation Layer): chuyển đổi cấu trúc dữ liệu để đáp ứng nhu cầu truyền dữ liệu của các phương tiện truyền thông trên môi trường OSI: kiểm soát định dạng, cung cấp mã hóa và nén dữ liệu. - Lớp phiên (Session Layer): cung cấp phương tiện quản lý truyền thông giữa các ứng dụng, thiết bị duy trì, đồng bộ hóa và hủy bỏ các phiên truyền thông giữa các ứng dụng. Các giao thức nằm ở lớp này bao gồm NetBIOS và RPC. Các lớp phía dưới của mô hình OSI Các lớp OSI thấp hơn xác định cách dữ liệu di chuyển qua mạng.
- Lớp giao vận (Transport Layer): Thực hiện việc truyền dữ liệu gũa 2 đầu mút, kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng dữ liệu giữa 2 đầu mút. Thực hiện việc ghép kênh, cắt, hợp dữ liệu khi cần thiết cũng như xác định kích thước gói tin. Ví dụ gồm giao thức điều khiểm truyền (TCP) và Giao thức UDP - Lớp mạng (Network Layer): Lớp mạng chịu trách nhiệm phân phối gói tin từ nguồn đến đích, có thể trên nhiều mạng (liên kết). Trong khi lớp liên kết dữ liệu giám sát phân phối gói giữa hai hệ thống trên cùng một mạng (liên kết), mạng lớp đảm bảo rằng mỗi gói đi từ điểm xuất phát của nó đến đích cuối cùng của nó.
Nếu hai hệ thống được kết nối với cùng một liên kết, thường không cần lớp mạng. Tuy nhiên, nếu hai hệ thống được gắn vào các mạng khác nhau (liên kết) với kết nối các thiết bị giữa các mạng (liên kết), thường có nhu cầu về mạng để thực hiện phân phối từ nguồn đến đích. Các nhiệm vụ của lớp mạng bao gồm: • Định địa chỉ logic: Địa chỉ vật lý được thực hiện bởi lớp liên kết dữ liệu xử lý cục bộ vấn đề đang giải quyết. Nếu một gói tin vượt qua ranh giới mạng, chúng ta cần một hệ thống địa chỉ khác để giúp phân biệt nguồn và đích các hệ thống.
Lớp mạng thêm tiêu đề vào gói đến từ phần trên lớp đó, bao gồm các địa chỉ logic của người gửi và người nhận. • Định tuyến: Khi các mạng hoặc liên kết độc lập được kết nối để tạo ra các tương tác (mạng của các mạng) hoặc một mạng lớn, các thiết bị kết nối (được gọi là bộ định tuyến hoặc chuyển mạch) định tuyến hoặc chuyển các 6 gói tin đến đích cuối cùng của chúng. Một trong những chức năng của lớp mạng là cung cấp cơ chế này. - Lớp liên kết dữ liệu (Data Link Layer): cung cấp phương tiện truyền thông tin qua liên kết vật lý đảm bảo tin cậy, gửi các khối dữ liệu với cơ chế đồng bộ hóa, và kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng dữ liệu cần thiết.
Hai thành phần chính của lớp Liên kết dữ liệu là Kiểm soát liên kết hợp lý (LLC) và Kiểm soát truy cập phương tiện (MAC). - Lớp vật lý (Physical Layer): lớp này chịu trách nhiệm xác định các đặc tính điện và hệ thống truyền dẫn vật lý. Lớp Vật lý có nhiệm vụ truyền và nhận dữ liệu qua đường truyền vật lý: các loại cáp, trung tâm, bộ lọc và sợi quang nhờ phương tiện cơ điện, thủ tục… 1.2 Mô hình kiến trúc TCP/IP TCP/ IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol - Giao thức điều khiển truyền nhận/ Giao thức liên mạng), là một bộ giao thức trao đổi thông tin được sử dụng để truyền tải và kết nối các thiết bị trong mạng internet. TCP/IP được phát triển để mạng được tin cậy hơn đúng với khả năng phục hồi tự động.2 Mô hình TCP/IP tham chiếu OSI TCP/IP là sự kết hợp giữa 2 giao thức.
Trong đó IP (Giao thức liên mạng) cho phép các gói tin được gửi đến đích đã định sẵn, bằng cách thêm các thông tin 7 dẫn đường vào các gói tin để các gói tin được đến đúng đích đã định sẵn ban đầu. Và giao thức TCP (Giao thức truyền vận) đóng vai trò kiểm tra và đảm bảo sự an toàn cho mỗi gói tin khi đi qua mỗi trạm. Trong quá trình này, nếu giao thức TCP nhận thấy gói tin bị lỗi, một tín hiệu sẽ được truyền đi và yêu cầu hệ thống gửi lại một gói tin khác. Quá trình hoạt động này sẽ được làm rõ hơn ở chức năng của mỗi tầng trong mô hình TCP/IP.
Các chức năng của các tầng trong mô hình TCP/IP - Tầng ứng dụng (Application): Đây là lớp cao nhất, người dùng thực hiện các chương trình ứng dụng truy xuất đến các dịch vụ hiện hữu trên TCP/IP Internet. Một số ứng dụng tương tác với một trong những giao thức ở mức giao vận để gửi hoặc nhận dữ liệu. Mỗi chương trình ứng dụng chọn một kiểu giao vận nó cần, có thể là một dãy tuần tự từng thông điệp hoặc một chuỗi byte liên tục. Chương trình ứng dụng sẽ gửi dữ liệu đi dưới dạng mà nó theo yêu cầu đến lớp giao vận.
- Tầng giao vận (Transport Layer): chức năng chính của tầng này là giao tiếp giữa các máy chủ trong cùng một mạng hoặc khác mạng được kết nối với nhau thông qua bộ định tuyến. Tại đây dữ liệu sẽ được phân đoạn, mỗi đoạn sẽ không bằng nhau nhưng kích thước phải nhỏ hơn 64KB. Cấu trúc đầy đủ của một Segment lúc này là Header chứa thông tin điều khiển và sau đó là dữ liệu. Tầng này có 2 giao thức cốt lõi là TCP và UDP.
Trong đó, TCP đảm bảo chất lượng gói tin nhưng tiêu tốn thời gian khá lâu để kiểm tra đầy đủ thông tin từ thứ tự dữ liệu cho đến việc kiểm soát vấn đề tắc nghẽn lưu lượng dữ liệu. Trái với điều đó, UDP cho thấy tốc độ truyền tải nhanh hơn nhưng không đảm bảo chất lượng dữ liệu được gửi đi. - Tầng mạng (Internet Layer): Tầng được định nghĩa là một giao thức chịu trách nhiệm truyền tải dữ liệu một cách logic trong mạng. Các phân đoạn dữ liệu sẽ được đóng gói (Packets) với kích thước mỗi gói phù hợp với mạng chuyển mạch mà nó dùng để truyền dữ liệu.
Lúc này, các gói tin được chèn thêm phần 8 Header chứa thông tin của tầng mạng và tiếp tục được chuyển đến tầng tiếp theo. Các giao thức chính trong tầng là IP, ICMP và ARP. - Tầng Liên kết (Link Layer): Đây là lớp thấp nhất của mô hình, có tác dụng nhận các IP datagram và truyền chúng trên một mạng nhất định. Người ta chia tầng liên kết thành 2 lớp con.
+ Lớp vật lý: lớp vật lý làm việc với các thiết bị vật lý, truyền tải dòng bit 0,1 từ nơi gửi đến nơi nhận. + Lớp liên kết dữ liệu: Tại đây, dữ liệu được tổ chức thành các khung. Phần đầu khung chứa địa chỉ và thông tin điều khiển, phần cuối khung dành cho việc phát hiện lỗi. Một số đặc điểm của mô hình TCP/IP - Đây là giao thức mở phát triển độc lập với phần cứng và hệ điều hành, nó được hỗ trợ bởi nhiều nhà cung cấp.
- TCP/IP lý tưởng cho công việc hợp nhất phần cứng và phần mềm khác nhau, ngay cả khi truyền thông trên internet.
