Chương 1 Giới thiệu I. Internet và các mô hình tham chiếu 1. Lịch sử phát triển mạng Internet và bộ giao thức TCP/IP Mạng công cộng toàn cầu Internet đã trở nên một thành phần không thể thiếu trong đời sống xã hội ở thế kỷ này. Xuất phát từ nhu cầu thực tế, khi các ngành công nghiệp phát triển nhanh chóng, các máy móc trở nên hiện đại phục vụ rất hữu ích cho đời sống của con người và việc điều khiển những chiếc máy, dây chuyền hiện đại với kích thước khổng lồ như thế không còn đơn giản với những thao tác bằng tay của con người, và máy với nhiệm vụ tính toán hay gọi tắt là máy tính, máy điều khiển lần đầu tiên xuất hiện trong những công xưởng lớn hay trong những môi trường quan trọng của các Quốc gia.
Kế theo là sự đòi hỏi của việc chia sẻ thông tin giữa các máy tính đó đã dẫn tới sự hình thành mạng máy tính, liên mạng máy tính trong phạm vi toàn cầu để trở thành một mạng thông tin lớn nhất: Internet. Ban đầu, vào những năm 60 mạng được hình thành trong phòng thí nghiệm được Robert LG đề xuất, cơ quan quản lý dự án nghiên cứu phát triển ARPA thuộc Bộ Quốc phòng Mỹ đã liên kết các mạng tại 4 địa điểm đầu tiên tạo thành mạng WAN có tên là ARPANET. Năm 1983 giao thức TCP/IP được coi như một chuẩn đối với ngành quân sự Mỹ và các máy của mạng Arpanet phải tuân thủ chuẩn này. Với những ưu điểm nổi bật của bộ giao thức này, đặc biệt là khả năng liên kết các mạng khác nhau một cách dễ dàng nó đã trở thành bộ giao thức phổ biến cho mạng Internet ngày nay.
Internet có thể hiểu theo một nghĩa nào đó như là tập hợp của nhiều mạng con, tạo thành một liên mạng sử dụng bộ giao thức TCP/IP, với mỗi một thực thể tham gia vào mạng được cấp một địa chỉ IP duy nhất được công bố trên toàn thế giới mạng. Mọi lĩnh vực như chính trị, xã hội, thể Trang 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+ 2007 thao, văn hóa, học tập, nghiên cứu v. đều có thể xuất hiện trên Internet và trở thành một phần tất yếu của cuộc sống con người hiện đại ngày nay, đồng thời làm cho nhu cầu ứng dụng truyền thông đa phương tiện tăng lên không ngừng với một tốc độ chóng mặt. Các mô hình tham chiếu Để thuận tiện trong việc lập trình giao thức, xử lý thông tin và giảm độ phức tạp khi thiết kế hay trong quá trình xử lý lỗi, mô hình mạng máy tính nói chung được chia thành nhiều tầng (layer) hay còn gọi là các mức hoặc các lớp.
Mỗi tầng được xây dựng dựa trên tầng ngay bên dưới, còn tầng bên dưới thì thực hiện các chức năng riêng của nó rồi chuyển kết quả thực hiện lên tầng trên. Tầng trên lại dựa vào những kết quả này để thực hiện chức năng của chúng mà không cần quan tâm đến chi tiết tại sao lại có những kết quả mà nó đã nhận được. Mặt khác, để có sự thống nhất của tất cả các nhà sản xuất thiết bị mạng trên toàn thế giới, hay nói đúng hơn để cho các sản phẩm mạng của các hãng khác nhau có thể liên lạc, làm việc một cách đơn giản với nhau cần có các chuẩn truyền thông chung nhất hay gọi là các mô hình tham chiếu. Có hai mô hình phổ biến là ISO OSI và TCP/IP.1 Mô hình OSI: Mô hình OSI (Open system interconnection – Mô hình kết nối các hệ thống mở) là một cơ sở dành cho việc chuẩn hoá các hệ thống truyền thông, nó được nghiên cứu và xây dựng bởi ISO.
Vào những năm 70, việc nghiên cứu về mô hình OSI đã được bắt đầu. Đến năm 1984, mô hình tham chiếu OSI chính thức được đưa ra giới thiệu. Đúng như tên gọi, mô hình 7 lớp OSI chỉ là mô hình tham chiếu chứ không phải là một mạng cụ thể nào. Theo mô hình này, hai thực thể thuộc hai tầng đồng mức khi liên kết với nhau phải sử dụng một giao thức chung.
Giao thức ở đây tạm hiểu đơn giản là quy định, phương tiện để Trang 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+ 2007 các tầng có thể giao tiếp được với nhau, tương tự như hai người thuộc hai Quốc gia sử dụng ngôn ngữ khác nhau muốn hiểu nhau thì cần có một ngôn ngữ chung vậy. Trong mô hình OSI có hai loại giao thức chính được áp dụng là: giao thức có liên kết (connection - oriented) và giao thức không liên kết (connectionless). Giao thức có liên kết: là trước khi truyền số liệu, hai thực thể trên hai tầng đồng mức cần thiết lập một liên kết logic và các gói tin được trao đổi thông qua liên kết này. Giao thức không liên kết: không cần thiết lập liên kết logic trước khi truyền số liệu và mỗi gói tin được truyền độc lập với các gói tin trước hoặc sau nó.
Mô hình OSI Hình 1.1 Mô hình OSI Các tầng được xây dựng dựa trên một số nguyên tắc chung: Mỗi tầng được tạo ra khi có nhu cầu phải có một sự trừu tượng mới. Mỗi tầng tương ứng với một chức năng nhất định Trang 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+ 2007 Số lượng tầng phải đủ lớn để các chức năng riêng biệt trong các tầng không quá xa nhau. Các ranh giới của mỗi tầng có thể chọn để giảm tối thiểu lưu lượng thông tin trao đổi trực tiếp. Nhiệm vụ của các tầng trong mô hình OSI có thể được tóm tắt như sau: Tầng ứng dụng (Application layer – lớp 7): Là tầng trên cùng trong mô hình 7 lớp, quy định giao diện giữa người sử dụng và môi trường OSI, cung cấp các phương tiện cho người sử dụng truy cập và sử dụng các dịch vụ của mô hình OSI, Giao thức được ứng dụng nhiều nhất là giao thức HTTP, là cơ sở của WWW, ngoài ra còn một số giao thức phổ biến khác như SMTP, Telnet, FTP ….
Phục vụ các ứng dụng truyền tệp, đăng nhập từ xa, hay Email. Tầng trình diễn (Presentation layer – lớp 6): Là tầng có chức năng chuyển đổi các thông tin từ cú pháp người sử dụng sang cú pháp để truyền dữ liệu, đồng thời tầng này giải quyết các vấn đề liên quan đến ngữ nghĩa, cú pháp, ngoài ra nó có thể nén dữ liệu truyền và mã hóa chúng trước khi truyền để bảo mật, tăng hiệu suất. Một số chuẩn định dạng dữ liệu của lớp trình diễn dữ liệu là GIF, JPEG, MP3, MPEG Tầng phiên (Session layer – lớp 5): Là tầng thực hiện việc thiết lập, duy trì và hủy bỏ các phiên làm việc giữa hai hệ thống, hai máy tính khác nhau. Tầng phiên cũng quy định một giao diện ứng dụng cho tầng vận chuyển sử dụng.
Các giao thức trong lớp 5 sử dụng là NFS, X- Window System, ASP. Tầng vận chuyển (Transport layer – lớp 4): Là tầng có chức năng xác định địa chỉ trên mạng, cách thức chuyển giao gói tin trên cơ sở trực tiếp giữa hai đầu cuối, đảm bảo truyền dữ liệu tin cậy (end-to-end). Tầng vận chuyển còn có các chức năng như điều khiển luồng, khắc phục lỗi và Trang 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+ 2007 kiểm soát tắc nghẽn, thực hiện phân kênh, ghép kênh. Các giao thức phổ biến sử dụng ở tầng này bao gồm: TCP, UDP, SPX.
Tầng mạng (Network layer – lớp 3): Là tầng điều khiển sự hoạt động của mạng, có nhiệm vụ tìm đường cho các gói tin trong mạng (định tuyến), các gói tin này có thể phải đi qua nhiều chặng trước khi đến được đích cuối cùng. Tầng này còn có chức năng xử lý giao tiếp giữa các mạng, một số giao thức phố biến ở lớp 3 là: IP, RIP, IPX, OSPF, AppleTalk… Tầng liên kết dữ liệu (Data link layer – lớp 2): Nhiệm vụ của tầng liên kết dữ liệu là thiết lập, duy trì, ngắt các liên kết dữ liệu, xác định cơ chế truy nhập thông tin trên mạng, các dạng thức chung trong các gói tin, đóng gói và phân phát các gói tin, kiểm soát lỗi truyền, điều khiển truy cập môi trường truyền thông. Tầng vật lý (Physical layer – lớp 1): Tầng vật lý cung cấp phương thức truy cập để truyền các dòng Bit và không xét đến ý nghĩa, cấu trúc của chúng, sử dụng chuẩn về điện, ghép nối cơ khí, dây cáp, đầu nối, kỹ thuật nối mạch điện, điện áp, tốc độ cáp truyền dẫn và các mức nối kết giữa các thiết bị truyền thông.2 Mô hình TCP/IP Bộ Quốc Phòng Mỹ tạo ra mô hình TCP/IP với mong muốn mạng vẫn có thể hoạt động cho dù có chiến tranh hạt nhân, những gói tin vẫn có thể truyền được đến đích trong điều kiện có một số đường truyền hoặc bộ định tuyến (router) không hoạt động được, các giao thức được cài đặt tại các router sẽ tự động tìm đường đi cho các gói tin. Mô hình TCP/IP có 4 lớp: Application, Transport, Internet, network.
Trang 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+ 2007 Hình 1.2 Mô hình TCP/IP Tầng ứng dụng: Các giao thức lớp cao đã bao gồm những chi tiết của tầng phiên và tầng trình diễn. ví dụ: DNS, TFTP, FTP, HTTP, IMAP, IRC, NNTP, POP3, SIP, SMTP, SNMP, SSH, TELNET, RTP. Tầng giao vận: Tầng này thực hiện vận chuyển dữ liệu kiểu đầu cuối - đầu cuối (end-to-end) và một một số vấn đề : điều khiển luồng, độ tin cậy hay điều chỉnh lỗi. Tầng Internet: Mục đích của tầng này là gửi các gói tin từ bất kỳ một mạng nào trong liên mạng tới đích.
Các giao thức chính của tầng này gồm có: IP (IPv4, IPv6), ARP và RARP. Host-to-network: Tầng này quy định các liên kết vật lý, cấu trúc khung, truy cập đường truyền: Ethernet, Wi-Fi, Token ring, PPP, SLIP, FDDI, ATM, Frame Relay, SMDS. Cách nhìn các tầng cấp theo quan niệm: hoặc là cung cấp dịch vụ, hoặc là sử dụng dịch vụ, là một phương pháp trừu tượng hóa để cô lập các giao thức của tầng trên, tránh việc phải quan tâm đến các chi tiết của việc thực hiện các dịch vụ. Sự trừu tượng hóa này cho phép những tầng trên cung cấp những dịch vụ mà các tầng dưới không thể làm được, hoặc cố ý không làm.