Ôn Tập Cuối Kỳ Môn Mạng Máy Tính: Tìm Hiểu Về TCP

Chuyên khảo phân tích Ôn tập cuối kỳ i nhập môn mạng máy tính, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Tác giả: Nguyễn Thành Nhân
• Trường học: Trường Đại Học
• Chuyên ngành: Mạng Máy Tính
• Đề tài: Tìm Hiểu Về TCP
• Loại tài liệu: Ôn Tập Cuối Kỳ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 1. TẦNG VẬN CHUYỂN
• 1.1. TCP là gì?
• 1.2. Cấu trúc của TCP
• 1.3. TCP truyền dữ liệu đáng tin cậy
• 1.4. TCP điều khiển luồng
• 1.5. TCP bắt đầu kết nối bằng bắt tay 3 bước
• 1.6. TCP đóng kết nối
• 1.7. Tính estimatedRTT, DevRTT và TCP timeout
• 1.8. Tính SEQ và ACK
• 1.9. TCP điều khiển tắc nghẽn
• 1.10. Ôn tập tắc nghẽn gói tin
• 2. TẦNG MẠNG
• 2.1. Giới thiệu Forwarding và Routing
• 2.2. Internet Protocol (IP)
• 2.3. Phân mảnh và tổng hợp IP
• 2.4. Ví dụ phân mảnh và tổng hợp IP
• 2.5. Địa chỉ IPv4
• 2.6. Subnet
• 2.7. Phân lớp địa chỉ IPv4
• 2.8. Classless InterDomain Routing (CIDR)
• 2.9. Chia mạng con trong IPv4
• 2.10. Ví dụ chia mạng con trong IPv4
• 2.11. Ví dụ địa chỉ IP và mạng con
• 2.12. Kết luận về địa chỉ IP và mạng con
• 2.13. Liệt kê các địa chỉ host trong mạng

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Giao thức TCP Tầm quan trọng trong Mạng Máy Tính

Giao thức TCP (Transmission Control Protocol) là một trong những giao thức quan trọng nhất trong mô hình mạng máy tính. TCP hoạt động ở tầng vận chuyển, đảm bảo rằng dữ liệu được truyền đi một cách đáng tin cậy và theo thứ tự. Điều này rất cần thiết cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao như truyền tải video, âm thanh và dữ liệu nhạy cảm khác. TCP sử dụng cơ chế xác nhận và điều khiển luồng để đảm bảo rằng dữ liệu không bị mất mát trong quá trình truyền tải.

1.1. Tầng Vận Chuyển và Vai Trò của TCP

Tầng vận chuyển trong mô hình OSI chịu trách nhiệm cho việc truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị. TCP là giao thức chính trong tầng này, cung cấp các dịch vụ như phân đoạn dữ liệu, xác nhận và điều khiển luồng.

1.2. Cấu trúc của Giao thức TCP

Cấu trúc của TCP bao gồm nhiều trường quan trọng như Source Port, Destination Port, Sequence Number và Acknowledgment Number. Những trường này giúp xác định nguồn và đích của dữ liệu, cũng như theo dõi thứ tự của các gói tin.

II. Vấn đề và Thách thức trong Giao thức TCP

Mặc dù TCP rất hiệu quả trong việc truyền tải dữ liệu, nhưng nó cũng gặp phải một số thách thức. Một trong những vấn đề lớn nhất là tắc nghẽn mạng, có thể dẫn đến việc mất gói tin và giảm hiệu suất. TCP phải sử dụng các cơ chế như điều khiển tắc nghẽn để xử lý những tình huống này.

2.1. Tắc nghẽn Mạng và Ảnh hưởng đến TCP

Tắc nghẽn mạng xảy ra khi lưu lượng dữ liệu vượt quá khả năng xử lý của mạng. TCP sử dụng các thuật toán như Slow Start và Congestion Avoidance để điều chỉnh tốc độ truyền tải và giảm thiểu mất mát gói tin.

2.2. Mất Gói Tin và Cách TCP Xử Lý

Khi một gói tin bị mất, TCP sẽ phát hiện thông qua cơ chế xác nhận. Gói tin sẽ được gửi lại để đảm bảo rằng dữ liệu đến đích một cách đầy đủ và chính xác.

III. Phương pháp Giải quyết Vấn đề trong TCP

Để giải quyết các vấn đề liên quan đến tắc nghẽn và mất gói tin, TCP sử dụng nhiều phương pháp khác nhau. Các thuật toán điều khiển tắc nghẽn giúp điều chỉnh tốc độ truyền tải dữ liệu, trong khi các cơ chế xác nhận đảm bảo rằng dữ liệu được gửi đi một cách chính xác.

3.1. Thuật Toán Slow Start và Congestion Avoidance

Thuật toán Slow Start giúp tăng tốc độ truyền tải dữ liệu một cách từ từ cho đến khi phát hiện tắc nghẽn. Sau đó, TCP chuyển sang giai đoạn Congestion Avoidance để duy trì tốc độ ổn định.

3.2. Cơ chế Xác nhận và Gửi lại Gói Tin

TCP sử dụng cơ chế xác nhận để theo dõi các gói tin đã được gửi đi. Nếu một gói tin không được xác nhận trong một khoảng thời gian nhất định, TCP sẽ tự động gửi lại gói tin đó.

IV. Ứng dụng Thực tiễn của Giao thức TCP trong Mạng Máy Tính

Giao thức TCP được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng mạng khác nhau, từ web đến email và truyền tải tệp. Sự đáng tin cậy của TCP làm cho nó trở thành lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao.

4.1. TCP trong Ứng dụng Web và Truyền Tải Dữ Liệu

Hầu hết các trang web hiện nay sử dụng TCP để truyền tải dữ liệu giữa máy chủ và trình duyệt. Điều này đảm bảo rằng người dùng nhận được nội dung đầy đủ và chính xác.

4.2. TCP trong Email và Truyền Tải Tệp

Giao thức TCP cũng được sử dụng trong các ứng dụng email như SMTP và trong việc truyền tải tệp qua FTP. Sự đáng tin cậy của TCP giúp đảm bảo rằng các tệp được gửi đi mà không bị mất mát.

V. Kết luận và Tương lai của Giao thức TCP

Giao thức TCP đã chứng minh được giá trị của mình trong việc truyền tải dữ liệu qua mạng máy tính. Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ mạng, các giao thức mới như QUIC đang được phát triển để cải thiện hiệu suất và giảm độ trễ. TCP vẫn sẽ là một phần quan trọng trong mạng máy tính trong tương lai.

5.1. Tương lai của TCP trong Mạng Máy Tính

Mặc dù TCP vẫn là giao thức chính trong nhiều ứng dụng, nhưng sự phát triển của các giao thức mới có thể thay đổi cách thức truyền tải dữ liệu trong tương lai.

5.2. Sự Cần Thiết của TCP trong Các Ứng Dụng Hiện Đại

TCP vẫn sẽ cần thiết cho các ứng dụng yêu cầu độ tin cậy cao, đặc biệt là trong các lĩnh vực như tài chính và y tế, nơi mà việc mất mát dữ liệu có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Ôn tập cuối kỳ I Nhập môn mạng máy tính • Nguyễn Thành Nhân MMTT2022.2 • Nguyễn Phi Học KTPM2022.1 • Lê Hoàng Vũ MMTT2022.3 1 Nội dung ôn tập 01. Giới thiệu Tầng ứng dụng Tầng vận chuyển 04. Tầng mạng Tầng liên kết Giải bài tập 2 III.TẦNG VẬN CHUYỂN 1.TCP là gì? • TCP(Transmission Control Protocol) là một giao thức mạng quan trọng được sử dụng trong việc truyền dữ liệu qua mạng. • TCP đảm bảo rằng các byte được truyền theo thứ tự mà chúng được gửi mà không có lỗi hoặc thiếu sót nào.TẦNG VẬN CHUYỂN 1.Cấu trúc của TCP - Source port (16 bit): Số cổng của thiết bị gửi.

- Destination port (16 bit): Số cổng của thiết bị nhận. - Sequence number (32 bit): Dùng để đánh số thứ tự gói tin. - Acknowledgment number (32 bit): Dùng để báo đã nhận được gói tin nào và mong nhận được byte mang số thứ tự nào tiếp theo.TẦNG VẬN CHUYỂN 1.Cấu trúc của TCP - Flags (9 bit): Được sử dụng để thiết lập kết nối, gửi dữ liệu và chấm dứt kêt nối. + URG: Ưu tiên dữ liệu này hơn các dữ liệu khác.

+ ACK: Được sử dụng để xác nhận. + PSH: Segment yêu cầu chức năng push. + RST: Thiết lập lại kết nối. + SYN: Được sử dụng để đặt số thứ tự ban đầu.

+ FIN: Kết thúc kết nối TCP. - Windows (16 bit): Số lượng byte được thiết bị sẵn sàng tiếp nhận. - Urgent pointer (16 bit): Sử dụng trong trường hợp cần ưu tiên dữ liệu. - Checksum (16 bit): Kiểm tra lỗi của toàn bộ TCP - Options (tối đa 32 bit): Cho phép thêm vào TCP các tính năng khác.TẦNG VẬN CHUYỂN 1.Cấu trúc của TCP 6 III.TẦNG VẬN CHUYỂN 1.TCP truyền dữ liệu đáng tin cậy -Truyền theo thứ tự: Sequence number, ACK -Truyền lại: +Segment lỗi: ACK +Segment mất: timeout 7 III.TẦNG VẬN CHUYỂN 1.TCP truyền dữ liệu đáng tin cậy -Trong đó: + EstimatedRTT: RTT ước tính + SampleRTT: RTT mẫu +DevRTT: biên độ an toàn +TimeoutInterval: khoảng thời gian chờ +Giá trị tiêu biểu : α=0.125 +Thông thường β=0.TẦNG VẬN CHUYỂN 1.TCP truyền dữ liệu đáng tin cậy - Sự kiện tại bên gửi: khi timeout - Sự kiện tại bên gửi: khi nhận dữ liệu từ tầng + Gửi lại segment bị timeout application +Bắt đầu tính lại thời gian + Tạo segment với STT seq # +seq #: STT của byte đầu tiên trong segment +Bắt đầu tính thời gian với segment cũ nhất - Sự kiện tại bên gửi: khi nhận được ACK + Nếu ACK xác nhận cho các segment chưa được ACK.

+Cập nhật trạng thái. +tính thời gian với các segment chưa được ACK.TẦNG VẬN CHUYỂN 1.TCP truyền dữ liệu đáng tin cậy 10 III.TẦNG VẬN CHUYỂN 1.TCP truyền dữ liệu đáng tin cậy 11 III.TẦNG VẬN CHUYỂN 1.TCP truyền dữ liệu đáng tin cậy 12 III.TẦNG VẬN CHUYỂN 1.TCP điều khiển luồng 13 III.TẦNG VẬN CHUYỂN 1.TCP điều khiển luồng - Bên gửi thông báo bộ đệm trống bằng thông tin rwnd trong TCP header. - Bên gửi giới hạn lượng dữ liệu được gửi khi nhận được rwnd để đảm bảo bên nhận không bị quá tải.TẦNG VẬN CHUYỂN 1.TCP điều khiển luồng - Bên gửi thông báo bộ đệm trống bằng thông tin rwnd trong TCP header. - Bên gửi giới hạn lượng dữ liệu được gửi khi nhận được rwnd để đảm bảo bên nhận không bị quá tải.TẦNG VẬN CHUYỂN 1.TCP bắt đầu kết nối bằng bắt tay 3 bước - Trước khi trao đổi dữ liệu, bên gửi/bên nhận “handshake – bắt tay”: + Đồng ý thiết lập kết nối (mỗi bên đều biết bên kia sẵn sàng thiết lập kết nối) + Đồng ý về các thông số kết nối (ví dụ: bắt đầu từ seq #s) 16 III.TẦNG VẬN CHUYỂN 1.TCP đóng kết nối -Client, server đóng kết nối cho mỗi bên +Gửi TCP segment có FIN bit = 1 -Phản hồi khi nhận segment có FIN với ACK + Khi nhận FIN, ACK có thể kết hợp với FIN của nó + có thể xử lý các trao đổi FIN đồng thời 17 III.TẦNG VẬN CHUYỂN 1.

Giả sử rằng giá trị ước tính hiện tại estimatedRTT = 240 ms và độ lệch RTT DevRTT = 10ms, ba giá trị đo tiếp theo của RTT lần lượt là 360, 320 và 390. Tính giá trị mới của estimatedRTT, DevRTT và TCP timeout sau mỗi ba giá trị RTT đo được này. Sử dụng các giá trị của α = 0,125 và β = 0,25.TẦNG VẬN CHUYỂN 1.Ôn tập Giả sử rằng giá trị ước tính hiện tại estimatedRTT = 240 ms và độ lệch RTT DevRTT = 10ms, ba giá trị đo tiếp theo của RTT lần lượt là 360, 320 và 390. Tính giá trị mới của estimatedRTT, DevRTT và TCP timeout sau mỗi ba giá trị RTT đo được này.

Sử dụng các giá trị của α = 0,125 và = 0,25. RTT thứ nhất: estimatedRTT= 255 ms, DevRTT= 37.5 ms, TCP timeout= 280 ms RTT thứ hai: estimatedRTT= 250 ms, DevRTT= 27.5 ms, TCP timeout= 280 ms RTT thứ ba: estimatedRTT= 258.75 ms, DevRTT= 45 ms, TCP timeout= 280 ms 19 III.TẦNG VẬN CHUYỂN 1. Tính SEQ và ACK 20 III.TẦNG VẬN CHUYỂN 1. Tính SEQ và ACK ở gói tin cuối Đáp án: Seq= 92, ACK=109 21 III.TẦNG VẬN CHUYỂN 2.TCP điều khiển tắc nghẽn -Ký hiệu + Cwnd(n) - congestion windows: số segment được gửi trong cùng một window.

+ Ssthresh (slowstart threshold): ngưỡng kết thúc giai đoạn slowstart và chuyển sang congestion avoidance. Slow start -khi bắt đầu, tăng tốc độ theo cấp số nhân cho đến khi xảy ra sự kiện mất đầu tiên : + Ban đầu cwnd = 1 MSS. + Nhân đôi cwnd sau mỗi RTT. + được thực hiện bằng cách tăng cwnd cho mỗi ACK nhận được.TẦNG VẬN CHUYỂN 2.TCP điều khiển tắc nghẽn 23 III.TẦNG VẬN CHUYỂN 2.Ôn tập tắc nghẽn gói tin: Câu 1: Thời điểm nào bên gửi nhận ra có sự tắc nghẽn do nhận được 3 ACKs trùng? A.TẦNG VẬN CHUYỂN 2.Ôn tập tắc nghẽn gói tin: Câu 1: Thời điểm nào bên gửi nhận ra có sự tắc nghẽn do nhận được 3 ACKs trùng? A.TẦNG VẬN CHUYỂN 2.Ôn tập tắc nghẽn gói tin: Câu 2: Giá trị ssthresh tại thời điểm t=24 là bao nhiêu? A.TẦNG VẬN CHUYỂN 2.Ôn tập tắc nghẽn gói tin: Câu 2: Giá trị ssthresh tại thời điểm t=24 là bao nhiêu? A.TẦNG VẬN CHUYỂN 2.Ôn tập tắc nghẽn gói tin: Câu 3: Xác định giai đoạn Slow Start.

Tất cả đều đúng 28 III.TẦNG VẬN CHUYỂN 2.Ôn tập tắc nghẽn gói tin: Câu 3: Xác định giai đoạn Slow Start. Tất cả đều đúng 29 Nội dung ôn tập 01. Giới thiệu Tầng ứng dụng Tầng vận chuyển 04. Tầng mạng Tầng liên kết Giải bài tập 30 Giới thiệu Forwarding và Routing Tầng mạng có 2 chức năng chính + Forwarding (chuyển tiếp): di chuyển các gói tin từ đầu vào đến đầu ra thích hợp của router + Routing (định tuyến): xác định đường đi cho gói tin từ nguồn tới đích => Thuật toán định tuyến lựa chọn đường đi tốt nghiệp giữa 2 đầu cuối dựa vào bảng chuyển tiếp trong mỗi router trong network 31 Internet Protocol (IP) Cấu trúc gói tin giao thức IP 32 Internet Protocol (IP) Cấu trúc gói tin giao thức IP 33 Phân mảnh và tổng hợp IP - Các đường link mạng khác nhau có kích thước frame lớn nhất (MTU) có thể gửi khác nhau - Các IP datagram lớn cần được phân mảnh tại nơi gửi và tổng hợp lại trước khi gửi cho bên nhận 34 Phân mảnh và tổng hợp IP Các trường Identification, Flag và Fragmentation offset hỗ trợ trong việc phân rã và tổng hợp IP datagram + Identification: Khi một gói tin IP được tạo, bên gửi sẽ đánh dấu bằng số ‘identification’ và địa chỉ gửi/nhận.

Với mỗi lần gói tin được phân mảnh, trường Identification của gói tin phân mảnh sẽ giống với trường Identification của gói tin gốc + Flag: Đối với gói tin IP được phân mảnh cuối cùng, flag bit được đặt bằng 0. Các gói tin phân mảnh còn lại có flag bằng 1 + Fragmentation offset: Được sử dụng để xác định vị trí gói tin phân mảnh trong gói tin gốc và kiểm tra mất mát gói tin (offset * 8 = vị trí cần ghép vào) 35 Phân mảnh và tổng hợp IP Ví dụ: Cần gửi một datagram có kích thước 2400 byte qua một đường link có MTU bằng 700 byte. Biết trường ‘Identification’ của datagram gốc có giá trị 422. Hỏi có bao nhiêu phân mảnh được tạo ra? Giá trị của các trường liên quan tới việc phân mảnh của mỗi gói tin? Datagram gốc: Datagram gốc có kích thước 2400 byte => 20 byte header và 2380 byte data Đường link có MTU bằng 700 byte => 20 byte header và 680 byte data Số phân mảnh được tạo ra = ⌈2380/680⌉ = 4 36 Phân mảnh và tổng hợp IP Ví dụ: Giả sử đường link giữa host A và B giới hạn datagram có kích thước tối đa 1500 byte (header + data).

Biết header IP datagram có kích thước 20 byte, cần bao nhiêu datagram để gửi gói tin MP3 có kích thước 5 * 106 byte Cần gửi gói tin MP3 => Sử dụng giao thức TCP => Datagram gồm 20 byte header IP và 20 byte header TCP, còn lại 1460 byte dữ liệu MP3 => Số datagram cần tạo: ⌈ 5 * 106 / 1460⌉ = 3425 datagram Các datagram có kích thước 1500 byte Datagram cuối có kích thước 1000 byte Lưu ý: không xảy ra phân mảnh IP datagram do các datagram đều nhỏ hơn hoặc bằng MTU của đường link => Các datagram có trường identification khác nhau 37 Địa chỉ IPv4 Mỗi địa chỉ IP có độ dài 32 bit (4 byte) chia thành 4 cụm 8 bit (gọi là các octet) dùng để phân biệt các host, router interface - Interface: Kết nối giữa host/router và đường kết nối vật lý + Router thường có nhiều interface + Host thường có 1 hoặc 2 interface => Mỗi địa chỉ được kết nối với mỗi interface - Được biểu diễn dưới dạng dotted – decimal – notation, mỗi byte của địa chỉ IP được viết dưới dạng số thập phân và chia cách bằng dấu “.” VD: Địa chỉ IPv4 có dạng nhị phân “11000001 00100000 11011000 00001001” có thể được viết lại thành “193.9” 38 Địa chỉ IPv4 39 Subnet 40 Subnet Địa chỉ IP được chia làm 2 phần: - Subnet: các bit bên trái - Host: các bit bên phải Subnet là các interface của thiết bị có phần subnet của địa chỉ IP giống nhau Các thiết bị trong cùng một subnet có thể giao tiếp vật lý với nhau mà không cần router trung gian can thiệp Phương pháp xác định subnet: - Tách mỗi interface từ host hoặc router của nó, tạo thành vùng các mạng độc lập - Mỗi mạng độc lập được gọi là một subnet 41 Subnet 42 Phân lớp địa chỉ IPv4 43 Classless InterDomain Routing (CIDR) Sử dụng thay thế cho phương pháp phân lớp địa chỉ IP Đặc điểm: - Phần subnet có độ dài bất kỳ - Định dạng địa chỉ: a.