CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ INTERNET 1.1 Internet là gì? Mạng internet là mạng của các mạng căn bản như mạng nội bộ, mạng cấp vùng, cấp quốc gia và toàn cầu. Về bản chất mạng Internet là mạng chuyển mạch gói được thiết kế dành cho các ứng dụng mà sự thay đổi chất lượng có thể chấp nhận được. Nhân tố quan trọng góp phần hình thành nên mạng Internet phải kể đến kỹ thuật mạng, bao gồm việc nghiên cứu cấu hình và quản lý các giao thức là điều hết sức quan trọng đối với người quản lý mạng. Giao thức là một tập hợp các quy tắc về khuôn dạng gói tin và cách thức xử lý để trao đổi thông tin một cách có hiệu quả.
Để nắm bắt về định tuyến trước tiên phải nắm rõ về mạng Internet.2 Nguyên tắc của chuyển mạch gói Trong chuyển mạch gói thì các thông tin truyền trên mạng Internet (thoại, văn bản, hình ảnh.) được chia thành nhiều gói nhỏ. Các gói có chứa địa chỉ đến và các số thứ tự. Các bộ định tuyến (Router) và các máy chủ (Server) trong mạng Internet sẽ chuyển các gói này tới các địa chỉ cần đến. Trong mạng Internet thì các gói được xử lý chính xác và không phân biệt nội dung các gói.
Kích thước các gói tối đa là 128 byte. Thành phần của gói : 10 Hình 1.1: Cấu trúc khối của gói tin 1.3 Mô hình tham chiếu OSI Mô hình tham chiếu OSI là mô hình liên kết các hệ thống mở. Hệ thống mở là hệ thống có các cơ chế thông tin đã được chuẩn hoá và không mang đặc trưng riêng của nhà sản xuất. Dựa vào các nguyên tắc trên, mô hình OSI được chia làm 7 tầng, mỗi tầng chỉ thực hiện một chức năng là nhận dữ liệu từ tầng bên trên để chuyển giao xuống cho tầng bên dưới và ngược lại.
Khi đi đến một tầng mới gói tin sẽ được đóng thêm một phần đầu đềkhác và được xem như là gói tin của tầng mới, công việc trên sẽ tiếp diễn cho tới khi gói tin được truyền lên đường dây mạng để đến bên nhận.2: Mô hình 7 lớp OSI 11 Chức năng cụ thể của các tầng: a) Tầng vật lý (Physical) Chức năng chính là truyền tải chuỗi bit từ đầu cuối này đến đầu cuối khác. Các thuật ngữ liên quan như đặc tính điện, tốc độ, môi trường truyền dẫn, mode truyền tải, chuẩn kết nối…. b) Tầng liên kết dữ liệu (Data link) Chức năng chính là cung cấp khả năng truyền dữ liệu tin cậy qua môi trường truyền dẫn. Các thuật ngữ liên quan như đơn vị dữ liệu “khung”, địa chỉ MAC, điều khiển lỗi, điều khiển luồng…… c) Tầng mạng (Network) Cung cấp một kết nối và khả năng chọn đường giữa các host trong môi trường liên mạng.
Các thuật ngữ liên quan bao gồm gói tin, tuyến, bảng định tuyến, giao thức định tuyến, địa chỉ IP…. d) Tầng giao vận (Transport) Cung cấp chức năng tạo, giám sát, giải phóng một kết nối ảo khả dụng từ đầu cuối đến đầu cuối, phân bổ các phân mảnh đến các ứng dụng. Các thuật ngữ liên quan như phân mảnh và tái hợp luồng dữ liệu, giám sát lỗi, khôi phục lỗi…. e) Tầng phiên (Session) Thực hiện chức năng thiết lập, quản lý, giải phóng phiên thông tin giữa hai host, đồng bộ hóa việc hội thoại của quá trình trình diễn và quản lý việc trao đổi thông tin.
Các thuật ngữ liên quan như điều khển hội thoại, điểm đồng bộ…… f) Tầng trình diễn (Presentation) Cung cấp khả năng mã hóa thông tin của lớp ứng dụng để sao cho thông tin này hoàn toàn có thể đọc được tại đầu còn lại. Các thuật ngữ 12 liên quan như khuôn dạng dữ liệu, chuyển đổi dữ liệu, nén dữ liệu, mã hóa dữ liệu…. g) Tầng ứng dụng (Application) Cung cấp ứng dụng trực tiếp cho người ứng dụng sử dụng dịch vụ mạng. Các thuật ngữ liên quan như truyền file, thư điện tử….4 Họ giao thức TCP/IP TCP/IP thực chất là một họ giao thức cùng làm việc với nhau để cung cấp phương tiện truyền thông liên mạng, hay nói cách khác TCP/IP là một phần mềm được sử dụng trên Internet để truyền thông tin từ máy này sang máy khác và từ mạng này sang mạng khác.
Kiến trúc của TCP/IP: TCP/IP gồm 4 tầng có kiến trúc như sau: Hình 1.3 Cấu trúc của TCP/IP Chức năng của từng tầng như sau: a) Tầng giao tiếp mạng (Network Access): Là tầng giao tiếp giữa các cấu trúc logic bên trên với các kết nối vật lý bên dưới, tầng này có nhiệm vụ tiếp nhận các gói dữ liệu từ tầng internet. b) Tầng internet (Internet) Xử lý các tiến trình thông tin giữa các mạng khác nhau. Tầng Internet 13 sẽ thực hiện các chức năng thiết lập đường đi giữa các mạng cũng như thực hiện phân phối các gói dữ liệu trên mạng. c) Tầng truyền tải (Transport) Nhiệm vụ chính của tầng truyền tải là cung cấp đường thông tin giữa các trình ứng dụng.
Tầng truyền tải phân chia dòng dữ liệu cần truyền đi thành các đơn vị dữ liệu nhỏ hơn (đoạn dữ liệu: segment) và chuyển chúng cùng với địa chỉ đích xuống tầng thấp hơn để thực hiện quá trình phân phối dữ liệu trong mạng. d) Tầng ứng dụng (Application) Là phần giao tiếp với người dùng để cung cấp các dịch vụ trên mạng. Lớp ứng dụng cho phép việc truy xuất các dịch vụ hiện diện trên toàn mạng TCP/IP.5 So sánh giữa mô hình OSI và TCP/IP Mô hình OSI Các giao thức Mô hình TCP/IP Ứng dụng SNTP FTP Trình bày TFTP TELNET Ứmg dụng DNS SMTP Phiên BOOTP POP Giao vận UDP TCP Giao vận Mạng IP – ICMP – RAP – RARP Mạng Liên kết dữ liệu Giao tiếp mạng Vật lý Hình 1.4: So sánh mô hình OSI và TCP/IP 1.6 Một số giao thức quan trọng trong mạng IP 1.1 Giao thức TCP (Transmission Control Protocol) TCP là một giao thức điều khiển có liên kết (connection - oriented), nghĩa là cần phải thiết lập liên kết (logic) giữa một cặp thực thể TCP trước khi chúng trao đổi dữ liệu với nhau. TCP cung cấp dịch vụ tầng truyền dẫn có độ 14 tin cậy cao, TCP bao gồm điều khiển luồng và phát hiện lỗi.
Tốc độ gói có thể tăng hay giảm phụ thuộc mức tải của mạng. Khuôn dạng của một TCP Segment: Hình 1.5: Khuôn dạng của một TCP Segment. Thủ tục kết nối TCP Hình 1.6: Thủ tục thiết lập giao tiếp trong TCP. Đầu tiên một host khởi động cầu nối bằng cách gởi một gói chỉ ra số tuần tự khởi động x của nó, với một bit nào đó trong phần header được đặt ở trạng thái chỉ ra yêu cầu kết nối.
Bước 2, host khác nhận gói này ghi lại số tuần tự x, phúc đáp bằng một báo nhận x+1, và bao hàm cả chỉ số tuần tự khởi động y 15 riêng của nó. Chỉ số báo nhận x+1 có nghĩa là nó đã nhận tất cả các gói có số tuần tự x đến và đang mong nhận gói có số tuần tự x+1.2 Giao thức UDP (User Datagram Protocol) UDP là một giao thức phi kết nối (connectionless protocol) đảm bảo truyền thông end-to-end của dữ liệu.UDP không có chức năng thiết lập và giải phóng kết nối, không cung cấp cơ chế báo nhận, không sắp xếp tuần tự các đơn vị dữ liệu đến và có thể dẫn đến tình trạng dữ liệu mất hoặc trùng dữ liệu mà không có thông báo cho người gởi. Khuôn dạng của một UDP Segment 0 15 16 31 Cổng nguồn Cổng đích Chiều dài bản tin Kiểm tra lỗi DỮ LIỆU Hình 1.7: Cấu trúc của UDP Segment 1.3 Giao thức IP IP là một giao thức liên lạc không kết nối (connectionless), có nghĩa là nó không cần có giai đoạn thiết lập và hủy bỏ kết nối, nó nhận dữ liệu từ tầng cao hơn, sau đó gắn thêm một header rồi chuyển xuống tầng thấp hơn. Dịch vụ quan trọng nhất của IP là gởi các gói tin đến đích một cách chính xác.
Cấu trúc của gói tin IP Hình 1.8: Cấu trúc gói tin IPv4 16 1.4 Giao thức ARP (Address Resolution Protocol) Hình 1.9: Giao thức ARP Giao thức ARP được dùng để phân giải các địa chỉ mạng. Trước khi gởi một IP datagram, IP cần có địa chỉ phần cứng (còn gọi là địa MAC) của trạm đích. ARP được dùng để lấy địa chỉ phần cứng của đích khi đã biết địa chỉ IP đích.5 Giao thức RARP (Reverse Address Resolution Protocol) RARP là giao thức phân giải địa chỉ ngược, chuyển đổi địa chỉ MAC thành địa chỉ IP, RARP được sử dụng để xác định địa chỉ IP khi máy khởi động.6 Giao thức ICMP (Internet Control Message Protocol) 17 Hình 1.10: Định dạng bản tin ICMP ICMP là giao thức thông báo điều khiển Internet được sử dụng để gửi cho nơi phát các thông báo liên quan đến gói tin. ICMP được sử dụng để thông báo lỗi, không có chức năng sửa lỗi.
Nếu gói tin IP được phân chia thành các gói nhỏ hơn thì khi xảy ra lỗi, ICMP chỉ thông báo lỗi của phân đoạn đầu tiên. ICMP không thông báo với các gói tin không có các địa chỉ IP nguồn, các gói tin có địa chỉ IP đích được phát đồng loạt (multicast) hay địa chỉ quảng bá (broadcast). 18 CHƯƠNG 2: ĐỊNH TUYẾN VÀ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN 2.1 Các khái niệm chung về định tuyến 2.1 Sự cần thiết của kết nối mạng Thông tin và truyền thông liên lạc qua Internet đã trở nên một phần cơ bản của cuộc sống. Các dịch vụ do mạng toàn cầu World Wide Web chứa đựng thông tin về rất nhiều chủ đề như điều kiện khí quyển, sản xuất, giá cổ phiếu,v.
Nhiều tổ chức đã thiết lập các mô hình cơ sở dữ liệu để lưu trữ và luân chuyển thông tin (ví dụ như các dịch vụ thư điện tử) trên đó họ có thể chia sẻ thông tin với nhau, từ thông tin kinh doanh, kỹ thuật cho đến những vấn đề cá nhân. Vì vậy, mà nguồn tài nguyên mạng được lớn mạnh không ngừng nó đòi hỏi không ngừng của sự phát triển và cải thiện các kỹ thuật mạng lưới, trong đó có kỹ thuật kết nối liên mạng. Cho tới nay, hầu hết các kỹ thuật mạng được thiết kế cho một mục đích cụ thể. Mỗi công ty hoặc tổ hợp công ty thường lựa chọn một kỹ thuật phần cứng thích hợp cho yêu cầu và khả năng tài chính của họ, kèm với nó là các giải pháp phần mềm tương ứng.
Điều quan trọng hơn cả là không thể xây dựng một mạng toàn cầu từ một kỹ thuật mạng duy nhất bởi vì không một mạng riêng lẻ nào có thể đáp ứng được nhu cầu cung cấp dịch vụ cho tất cả mọi người vì tính đa dạng của dịch vụ người sử dụng.2 Định tuyến là gì?