Đề tài Ghép nối mạng LAN bằng giao thức TCP/IP

MụC LụC Mở đầu………………………………………………………………….3 Mở Đầu Tin học và điện tử viễn thông là hai thành phần cốt lõi của công nghệ thông tin nói chung và mạng số liệu nói riêng. Trong những năm gần đây, nhiều dự án xây dựng và phát triển phát triển mạng số liệu ở nước ta đã triển khai theo giải pháp tổng thể trong đó tích tích hạ tầng truyền thông máy tính. Mạng máy tính nói chung và mạng cục bộ (LAN) nói riêng không còn là một thuật ngữ thuần tuý khoa học mà đang trở thành một đối tượng nghiên cứu và ứng dụng của nhiều người có nghề nghiệp và phạm vi hoạt động khác nhau. Là một sinh viên trước ngưỡng cửa tốt nghiệp, nhìn thấy tầm quan trọng của các mạng LAN và việc ghép nối chúng thành một mạng đa dịch vụ. Trong đợt làm đồ án này, dưới sự hướng dẫn, động viên của thầy giáo Nguyễn Khắc Hưng, em đã chọn đề tài "Ghép nối mạng LAN bằng giao thức TCP/IP" . Đây là lần đầu thực hiện một đề tài lớn, chắc chắn không tránh khỏi những bỡ ngỡ, thiếu sót. Em rất mong được sự đánh giá, quan tâm và giúp đỡ của các thầy, cô giúp em thực hiện tốt được đồ án. Em xin chân thành cảm ơn ! ghép nối các mạng lan bằng giao thức tcp/ip CHươNG I Tìm hiểu Về MạNG CụC Bộ (LAN) Và NHU CầU GHéP NốI CHúNG Giới thiệu về mạng máy tính. Về cơ bản, một mạng máy tính là một số các máy tính được kết nối với nhau theo một cách nào đó. Khác với các trạm truyền hình chỉ gửi thông tin đi, các mạng máy tính luôn hai chiều, sao cho khi máy tính A gửi thông tin tới máy tính B thì B có thể trả lời lại cho A. Nói một cách khác, một số máy tính được kết nối với nhau và có thể trao đổi thông tin cho nhau gọi là mạng máy tính. Mạng máy tính có thể phân bổ trên một vùng lãnh thổ nhất định và có thể phận bổ trong phạm vi một quốc gia hay quốc tế. Dựa vào phạm vi phân bổ của mạng người ta có thể phân ra các loại mạng như sau. * Mạng cục bộ (LAN : LocaIArea Network) : kết nối các máy tính trong một khu vực bán kính hẹp, thông thường khoảng vài trăm mét. Kết nối được thực hiện thông qua các môi trường truyền thông tốc độ cao, ví dụ: cáp đồng trục, cáp xoắn đôi hay cáp quang. LAN thường được sử dụng trong nội bộ một cơ quan tổ chức. . .Các LAN có thể được kết nối với nhau thành WAN. * Mạng đô thị (MAN : MetropoIitan Area Network) : kết nối các máy tính trong phạm vi một thành phố. Kết nối này đươc thực hiện thông qua các môi trường truyền thông tốc độ cao (50- 100Mbit/s). * Mạng diện rộng (WAN : Wide Area Network) : kết nối máy tính trong nội bộ các quốc gia hay giữa các quốc gia trong cùng một châu lục. Thông thường các kết nối này được thực hiện thông qua mạng viễn thông. Các WAN có thể được kết nối với nhau thành GAN hay tự nó đã là GAN. * Mạng toàn cầu (GAN : GlobaIArea Network) : kết nối máy tính từ các châu lục khác nhau. Thông thường kết nối này được thực hiên thông qua mạng viễn thông và vệ tinh. Trong các khái niệm nói trên, WAN và LAN là hai khái niệm hay được sử dụng nhất. Mạng cục bộ (LAN) Chức năng của mạng LAN Mạng LAN là hệ thống tốc độ cao được thiết kế để kết nối các máy tính và các thiếy bị xử lý dữ liệu khác cùng hoạt động với nhau trong một khu vực địa lý nhỏ như ở một tầng của toà nhà, hoặc trong một toà nhà… Một số mạng LAN có thể kết nối lại với nhau trong một khu làm việc. Các mạng LAN trở nên hữu ích vì nó cho phép những người sử dụng dùng chung tài nguyên quan trọng như máy in, ổ CDROM, các phần mềm ứng dụng và những thông tin cần thiết khác. Trước khi phát triển công nghệ LAN các máy tính là độc lập với nhau, bị hạn chế bởi số lượng các chương trình tiện ích, sau khi kết nối mạng rõ ràng hiệu quả của chúng tăng lên gấp bội. Để tận dụng hết những ưu điểm của mạng LAN người ta đã kết nối các LAN riêng biệt vào mạng chính yếu diện rộng WAN. Các kiểu mạng (Topology) Topology của mạng là cấu trúc hình học không gian mà thực chất là cách bố trí phần tử của mạng cũng như cách nối giữa chúng với nhau Mạng hình sao (Star Topology) ở dạng hình sao, tất cả các trạm được nối vào một thiết bị trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các trạm và chuyển đến trạm đích của tín hiệu. Tuỳ theo yêu cầu truyền thông trong mạng, thiết bị trung tâm có thể là một bộ chuyển mạch (switch), một bộ chọn đường (router) hoặc đơn giản là một bộ phân kênh (hub) (Hình 1- l). Vai trò thực chất của thiết bị trung tâm này chính là thực hiện việc "bắt tay" giữa các cặp trạm cần trao đổi thông tin với nhau, thiết lập các liên kết điểm - điểm (point to point) giữa chúng. HUB Hình 1.1. Star Topology với Hub ở trung tâm * Ưu điểm của ,của Star Topology : + Lắp đặt đơn giản, dễ dàng cấu hình lại (thêm, bớt trạm), dễ dàng kiểm soát và khắc phục sự cố. Đặc biệt do sử dụng liên kết điểm - điểm nên tận dụng được tối đa tốc độ của đường truyền vật lý. * Nhược điểm của Star Topology : + Độ dài đường truyền nối một trạm với thiết bị trung tâm bị hạn chế (trong vòng 100m với công nghệ hiện tại). Mạng mạch vòng (Ring Topology) data repeater Hình 1-2 : Ring Topology. ở dạng vòng, tín hiệu được lưu chuyển trên vòng theo một chiều duy nhất. Mỗi trạm của mạng được nối với vòng qua một bộ chuyển tiếp (repeater) có nhiệm vụ nhận tín hiệu rồi chuyển đến trạm kế tiếp trên vòng. Như vậy tín hiệu được lưu chuyển trên vòng theo một chuỗi liên tiếp các liên kết điểm- điểm giữa các repeater (Hình 1-2). Cần phải có một giao thức điều khiển việc cấp phát "quyền!' được truyền dữ liệu trên vòng cho các trạm có nhu cầu. Để tăng độ tin cậy của mạng, tùy trường hợp người ta có thể lắp đặt dư thừa các tuyến đường truyền trên vòng, tạo thành một dạng vòng dự phòng. Khi đường truyền trên vòng chính bị sự cố thì vòng phụ này sẽ được sử dụng, với chiều đi của tín hiệu ngược với chiều đi trên mạng chính. * Ưu, nhựợc diểm của Ring Topo]ogy : Tương tự dạng Star, điều khác biệt quan trọng là dạng Ring đòi hỏi giao thức truy nhập đường truyền khá phức tạp. Mạng tuyến tính (Bus Topology) T-connector Bus Termiator Termiator Hình 1.3.Bus Topology ở dạng bus, tất cả các trạm phân chia chung một đường truyền chính (bus). Đường truyền chính này được giới hạn hai đầu bởi một loại đầu nối đặc biệt gọi là Temlinator. Mỗi trạm được nối vào bus qua một đầu nối chữ T (T- connector) hoặc một bộ thu phát (transceiver) (Hình 1-3). Khi một trạm truyền dữ liệu, tín hiệu được quảng bá (broadcast) trên hai chiều của bus, có nghĩa là mọi trạm còn lại đều có thể nhận tín hiệu trực tiếp. Đối với các bus một chiều thì tín hiệu chỉ đi về một phía, lúc đó temlinator phải được thiết kế sao cho các tín hiệu phải được "dội lại!' trên bus để có thể đến được các trạm còn lại ở phía bên kia. Như vậy, đối với topology bus, dữ liệu được truyền dựa trên các liên kết điểm - nhiều điểm (point to multipoint) hay quảng bá (broadcast). . Dễ thấy rằng trong trường hợp này cũng cần phải có giao thức để quản lý truy nhập đường truyền. Tuy nhiên mức độ quản lý có thể hoặc là gần như thả nổi (truy nhập ngẫu nhiên) hoặc rất chặt chẽ (truy nhập có điều khiển), mỗi cách đều có những ưu, nhược điểm riêng. Star, Bus, Ring là những topology cơ bản, phổ dụng nhất. Trong nhiều trường hợp, do thực tế địa hình người ta thường chọn một topology “lai"- là tổ hợp của những cơ bản trên. Đường truyền vật lý Các thiết bị gắn với mạng LAN đều dùng chung một phương tiện truyền tin đó là dây cáp, cáp thường đùng hiện nay là: Cáp đồng trục ( Coaxial cable), cáp dây xoắn (shielded twisted pair, UTP -STP), cáp quang ( Fiber optic)… Mỗi loại dây cáp đều có tính năng khác nhau. Cáp đồng trục (Coaxial cable) Cáp đồng trục gồm có 2 phần : ống trục bên ngoài và một dây lõi bên trong. Dây lõi và ống trục bên ngoài được đặt cách đều nhau và cách li bởi phần cách điện. Trục bên ngoài được bao bởi một lớp áo hoặc vỏ bọc. Cáp đồng trục thường có độ lớn từ 0,4 linches. Vỏ Vỏ cách điện Lớp chống nhiễu Cable đồng trục Hình 1-4 : Cáp đồng trục. Cáp đồng trục có độ suy hao ít hơn so với các loại cáp đồng khác, ví dụ như cáp xoắn đôi. Cáp không có vỏ bọc chống nhiễu UTP (Unshielded Twisted Pair) Tính năng của UTP tương tự như STP (cáp có vỏ bọc chống nhiễu), chỉ kém về khả năng chống nhiễu và suy hao do không có vỏ bọc kim. Cable xoắn đôi UTP Cặp 3: Green While - Green Cặp 4: Brow While -Brow Vỏ bọc Cặp 1: Blue While - Blue Cặp 2: Orege While -Orage Hình 1-5 : Cáp xoắn đôi UTP. Cáp có vỏ bọc chống nhiễu STP (Shielded Twisted Pair) Lớp bọc kim bên ngoài cáp xoắn đôi có tác dụng chống nhiễu điện từ. Có nhiều loại cáp STP, có loại chỉ gồm 1 đôi dây xoắn ở trong vỏ bọc kim, nhưng cũng có loại gồm nhiều đôi dây xoắn. Độ dài chạy cáp STP thường giới hạn trong vài trăm mét. Cáp quang (Fiber optic cable) Cáp quang gồm những sợi nhỏ, mỏng (khoảng 2- 115 mm) và dẻo có khả năng truyền dẫn ánh sáng. Một cáp sợi quang có hình trụ gồm 3 phần đồng tâm : lõi, lớp áo bao và vỏ bảo vệ ngoài. Lớp vỏ bảo vệ ngoài là chất dẻo hoặc các vật liệu mềm có độ tổn thất quang lớn, dùng để chống ẩm và ăn mòn, chống ảnh hưởng của môi trường đồng thời chống xuyên âm với các sợi kề cạnh Nhìn chung, yếu tố quyết định sử dụng loại cap nào là phụ thuộc vào yêu cầu tốc độ truyền tin, khoảng cách đặt các thiết bị, yêu cầu an toàn thong tin và cấu hình của mạng,…Ví dụ mạng Ethernet 1- Base-T là mạng dùng kênh truyền giải tần cơ bản với thông lượng 10Mbit/s theo tiêu chuẩn quốc tế ISO/IEC 8802.3 nối bằng đôi dây cáp xoắ không bọc kim (UTP) trong Topology hình sao. Các phương pháp truy nhập đường truyền vật lý Đối với topo dạng star, khi một liên kết đã được thiết lập giữa hai trạm thì thiết bị trung tâm sẽ đảm bảo đường truyền được dành riêng trong suốt cuộc truyền. Tuy nhiên đối với các topo dạng bus và ring thì chỉ có một đường truyền duy nhất nối tất cả các trạm với nhau, bởi vậy cần phải có các quy tắc chung cho tất cả các trạm nối vào mạng để đảm bảo rằng đường truyền được truy nhập và sử dụng một cách tốt đẹp. Có nhiều phương pháp khác nhau để truy cập đường truyền vật lý, được phân thành hai loại : các phương pháp truy cập ngẫu nhiên (random access) và các phương pháp truy cập có điều khiển (contro]Ied access). Các phương pháp chủ chốt thuộc hai loại trên được liệt kê trong hình 1-6 Radom Access Controlled Access CSMA CSMA/CD Register insertion Slotted Ring Collision Avoidance Token Bus Token Ring Hình 1.6. Các phương pháp truy nhập đường truyền CSMA/CD CSMA (Canier Sense Multiple Access Phương pháp đa truy nhập sử dụng sóng mang). Đây là phương pháp truy nhập ngẫu nhiên được sử dụng cho topo dạng bus, trong đó tất cả các trạm của mạng được nối trực tiếp vào bus . Mọi trạm đều có thể truy nhập vào bus chung (đa truy nhập) một cách ngẫu nhiên và do vậy rất có thể dẫn đến xung đột (hai hoặc nhiều trạm đồng thời truyền dữ liệu). Để có thể phát hiện xung đột, CSMA/CD hay còn gọi là LWT (Listen While Talk - Nghe trong khi nói) đã bổ xung thêm quy tắc : + Khi một trạm đang truyền, nó vẫn tiếp tục "nghe” đường truyền. Nếu phát hiện thấy xung đột thì nó ngừng ngay việc truyền nhưng vấn tiếp tục gửi tín hiệu sóng mang thêm một thời gian nữa để đảm bảo rằng tất cả các trạm trên mạng đều có thể "nghe” được sự kiện xung đột đó. + Sau đó trạm chờ đợi trong một thời đoạn ngẫu nhiên nào đó rồi thử truyền lại theo quy tắc của CSMA. Token Đây là giao thức thông dụng sau CSMA/CD được dùng trong các LAN có cấu trúc vòng (Ring). Trong phương pháp này, khối điều khiển mạng hoặc token được truyền lần lượt từ trạm này đến trạm khác. Token là một khối dữ liệu đặc biệt. Khi một trạm đang chiếm token thì nó có thể phát đi một gói dữ liệu. Khi phát hết gói dữ liệu cho phép hoặc không còn gì để phát nữa thì trạm đó lại gửi token sang trạm kế tiếp. * Token Bus (Bus với thẻ bài) Nguyên lý của phương pháp này là : để cấp phát quyền truy nhập đường truyền cho các trạm đang có nhu cầu truyền dữ liệu, một thể bài được lưu chuyển trên một vòng logic thiết lập bởi các trạm đó. Khi một trạm nhận được thẻ bài thì có quyền sử đường truyền trong một thời đoạn xác định trước. Trong thời đoạn đó nó có thể truyền một hoặc nhiều đơn vị dữ liệu. Khi đã hết dữ liệu hoặc hết thời đoạn cho phép, trạm phải chuyển thẻ bài đến trạm tiếp theo trong vòng logic. Như vậy công việc phải làm đầu tiên là thiết lập vòng logic (hay còn gọi là vòng ảo) bao gồm các trạm đang có nhu cầu truyền dữ liệu được xác định vị trí theo một chuỗi thứ tự mà trạm cuối cùng của chuỗi sẽ tiếp liền sau bởi trạm đầu tiên. Mỗi trạm được biết địa chỉ của các trạm kế trước và sau nó. Thứ tự của các trạm trên vòng logic có thể độc lập với thứ tự vật lý Các trạm không hoặc chưa có nhu cầu truyền dữ liệu thì không được đưa vào vòng logic và chúng chỉ có thể tiếp nhận dữ liệu. Hình 1-7 minh hoạ một vùng logic được thiét lập trên một mạng bus. A B C D H G F E Đường truyền vật lý Vòng logic Hmh 1-7 : Ví dụ vòng logic trong mạng bus. * Token Ring (Ring với thẻ bài) Token Ring (vòng với thẻ bài) : phương pháp này cũng dựa trên nguyên lý dùng thẻ bài để cấp phát quyền truy nhập đường truyền. Nhưng ở đây thẻ bài lưu chuyển theo vòng vật lý chứ không cần thiết lập vòng logic như đối với phương pháp trên. Thẻ bài là một đơn vị dữ liệu đặc biệt trong đó có một bit biểu diễn trạng thái sử dụng của nó (bận hoặc rỗi). Một trạm muốn truyền dữ liệu thì phải đợi đến khi nhận được một thẻ bài "rỗi" (free). Khi đó trạm sẽ đổi bít trạng thái của thẻ bài thành “bận" (busy) và truyền một đơn vị dữ liệu cùng với thẻ bài đi theo chiều của vòng. Giờ đây không còn thẻ bài "rỗi" trên vòng nữa, do đó các trạm có dữ liệu cần truyền cũng phải đợi. Dữ liệu đến trạm đích sẽ được sao lại, sau đó cùng với thẻ bài đi tiếp cho đến khi quay về trạm nguồn. Trạm nguồn sẽ xoá bỏ dữ liệu đổi bít trạng thái trở về "rỗi “ và cho lưu chuyển tiếp trên vòng để các trạm khác có thể nhận được quyền truyền dữ liệu. Qủá trình mô tả ở trên được minh hoạ trong hình 1-8 free token A B C D nguồn Đích busy token A B C D nguồn Đích Đata A B C D nguồn Đích A có dữ liệu cần chuyển đến C. Nhận được thẻ bài “rồi” , nó đổi bít trạng thái thành “bận” và truyền dữ liệu đi cùng với thẻ Trạm đích C sao cho dữ liệu dành cho nó và chuyển tiếp dữ liệu cùng thẻ bài về hướng trạm nguồn A sau khi đã gửi thông tin báo nhận và đơn vị dữ liệu A nhận được dữ liệu cùng thẻ bài quay về, đổi bít trạng thái của thẻ bài thành “rỗi” và chuyển tiếp trên vòng, xoá dữ liệu đã truyền. Hình 1-8 : Hoạt động của phương pháp Token Ring. * So sánh CSMA/CD với các phương pháp dùng thẻ bài : + Độ phức tạp của các phương pháp dùng thẻ bài đều lớn hơn rất nhiều so với CSMA/CD. Những công việc mà một trạm phải làm trong phương pháp CSMA/CD đơn giản hơn nhiều so với hai phương pháp dùng thẻ bài. + Hiệu quả của các phương pháp dùng thẻ bài không cao trong điều kiện tải nhẹ : một trạm có thể phải đợi khá lâu mới đến lượt (có thẻ bài). + Tuy nhiên các phương pháp dùng thẻ bài cũng có những ưu điểm quan trọng: - Đó là khả năng điều hoà lưu thông trong mạng hoặc bằng cách cho phép các trạm truyền số lượng đơn vị dữ liệu khác nhau khi nhận được thẻ bài hoặc bằng cách lập chế độ ưu tiên cấp phát thẻ bài cho các trạm cho trước. - Đặc biệt các phương pháp dùng thẻ bài có hiệu quả cao hơn CSMA/CD trong các trường hợp tải nặng. Các thiết bi mạng Bộ giao tiếp mạng (NIC) Việc kết nối các máy tính với một dây cáp được dùng như một phương tiện truyền tin chung cho tất cả các máy tính. Công việc kết nối vật lý vào mạng được thực hiện bằng cách cắm một card giao tiếp mạng NIC ( Network interface Card) vào trong máy tính và nối nó với cáp mạng. Sau khi kết nối vật lý đã hoàn tất, quản lý việc truyền tin giữa các trạm trên mạng tuỳ thuộc và phần mềm mạng. Đầu nối của NIC với dây cáp có nhiều loại ( phụ thuộc vào cáp mạng), hiện nay có một số NIC có hai hoặc ba loại đầu nối. Bộ tiếp sức (Repeater) Trong mạng, khi tín hiệu di chuyển trên đường truyền, chúng sẽ bị biến dạng, không nhận diện được hoặc nhận diện sai. Và do đó để mở rộng mạng đáp ứng nhu cầu phát triển thì cần có thiết bị cho phép truyền tín hiệu đi xa, đó chính là bộ tiếp sức. Repeater Hình 1-7 : Mở rộng LAN bằng Repeater. Bộ tiếp sức hoạt động chính ngay tại lớp Vật lý theo mô hình OSI. Bộ tập chung tín hiệu (Hub) Hub là bộ chia hay còn gọi là bộ tập chung tín hiệu, nó là thiết bị kết nối, bắt tay giữa những người sử dụng có nhu cầu trao đổi thông tin. Hub đưa các gói dữ liệu mà nó nhận được từ một cổng tới tất cả các cổng còn lại. Do đó Hub làm việc tại lớp Physical (Vật lý) trong mô hình OSI. Hub là bộ chia (hay cũng được gọi là bộ tập chung : concentrators ) dùng để đấu mạng. Bộ chuyển mạch (Switch) Switch là một thiết bị làm việc ở lớp Data Link (liên kết dữ liệu) theo mô hình OSI. - Switch thông minh hơn Hub và nó cung cấp nhiều giải thông hơn Hub. - Switch có thể kết hợp nhiều đoạn mạng hoặc các nhóm LAN, có khả năng phân chia mạng, giúp người quản trị mạng có thể tạo mạng ảo (VLAN -Virtual LAN) nhằm cải thiện lưu lượng mạng và hạn chế lỗi. Switch chỉ đưa gói dữ liệu tới cổng thích hợp dựa vào Header của gói đó. Để ngăn chặn việc truyền tới các cổng khác, Switch thiết lập một kết nối tạm thời giữa cổng gói truyền đến và cổng gói muốn đến và kết nối này được huỷ bỏ khi việc truyền dữ liệu kết thtíc, chính vì thế mà lưu lượng qua mạng nhiều hơn Hub. Bộ điều chế và giải điều chế (Modem) Modem (Modulation/Demodulation) là thiết bị có chức năng chuyển đổi tín hiệu số thành tín hiệu tượng tự và ngược lại (digital analog) để kết nối các máy tính qua đường điện thoại. Modem cho phép trao đổi thư điện tử, truyền tệp, truyền fax và trao đổi dữ liệu theo yêu cầu. Lưu ý : Modem không thể dùng để nối các mạng xa với nhau và trao đổi dữ liệu trực tiếp được. Nói cách khác, Modem không phải là một thiết bị lên mạng (intemetwork device) như là Router. Tuy nhiên Modem có thể được dùng kết hợp với một Router để nối kết các mạng qua mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN). Modem có thể lắp ngoài hoặc lắp ngay trong máy, với các chuẩn khác nhau quy định về tốc độ và tính năng. Cầu nối (Bridge) Cầụ nối có nhiều điểm tương đồng với cả Repeater lẫn Router, Bridge hoạt động tại lớp Data Link trong mô hình OSI. Một cầu nối có một thiết bị độc lập có hai mạch giao tiếp mạng hoặc một máy trạm được hoàn toàn cho chức năng cầu nối. Chức năng của Brige là liên kết hai LAN với nhau (Hình 1. 8) và thực hiện việc chọn lọc, lựa những thông tin luân chuyển qua nó một cách thông minh. Thiết bị này tiếp nhận những thông tin truyền tới từ một trong hai mạch giao tiếp rồi chuyển tiếp một cách có chọn lọc thông tin đó "ngang qua cầu “nối” : - Tăng số lượng máy tính trên mạng, - Giảm hiện tượng tắc nghẽn do số lượng máy tính nối vào mạng quá nhiều. - Nối kết các phương tiện Vật lý khác nhau như dây xoắn đôi và cáp đồng trục. - Nối kết các đoạn mạng khác nhau như Ethemet, Token Ring và truyền gói dữ liệu giữa chúng. Bridge LANB LANA Hình 1- 8 : Nối hai mạng cục bộ bằng một Bridge. Bộ định tuyến (Router) Trong môi trường gồm nhiều đoạn mạng với giao thức và kiến trúc mạng khác nhau, cầu nối có thể không đảm bảo truyền thông nhanh trong tất cả các đoạn mạng. Mạng có độ phức tạp lớn cán có một thiết bị không những biết địa chỉ của mỗi đoạn mạng mà còn phải biết quyết định tuyến đường đi tốt nhất để truyền dữ liệu và sàng lọc lượng phát rộng trên mạng cục bộ. Bộ định tuyến hoạt động tại tầng mạng (Network) trong mô hình OSI. Điều đó có nghĩa chúng có thể chuyển đổi và định tuyến gói dữ liệu qua nhiều mạng. Router đọc thông tin địa chỉ mạng trong gói và một số thông tin khác, dùng thông tin này để cải thiện việc phân phát gói dữ liệu. Các bộ định tuyến có thể chia sẻ thông tin trạng thái và thông tin định tuyến với nhau và sử dụng thông tin này bỏ qua các kết hỏng và chậm. Cổng giao tiếp (Gateway) Gateway cho phép truyền thông giứa các kiến trúc mạng và môi trường khác nhau. Chúng đóng gói lại và biến đổi dữ liệu được truyền từ môi trường này đến môi trường khác sao cho các môi trường có thể hiểu dữ liệu của nhau. Quản lý mạng bằng một số HĐH phổ biến. Hệ điều hành UNIX Đây là hệ điều hành đa nhiệm; đa người sử dụng nhưng nó có nhược điểm là hiện nay có nhiều version khác nhau không thống nhất gây khó khăn cho người sử dụng. Ngoài ra hệ điều hành này đòi hỏi cấu hình máy mạnh. Hệ điều hành mạng Windows NT Đây là hệ điều hành của hãng Microsoft cũng là hệ điều hành đa nhiệm, đa người sử dụng. Đặc điểm của nó là tương đối dễ sử dụng, hỗ trợ mạnh cho các phần mềm Windows. Hệ điền hành mạng Windows For Workgroup Đây là hệ điều hành mạng nhỏ cho phép một nhóm người làm việc dùng chung ổ đa trên máy của nhau, dùng chung máy in nhưng không cho phép chạy chung một ứng dụng. Hệ dễ cài đặt và cũng khá phổ biến. Hệ điều hành mạng Netware của Novell Đây là hệ điều hành phổ biến ở nước ta và trên thế giới, có thể áp dụng cho các mạng nhỏ và cũng có thể dùng cho các mạng lớn. Hệ điều hành này tương đối gọn nhẹ, dễ cài đặt (Máy chủ chỉ cần thậm chí AT 386). Nhu cầu ghép nối Các mạng LAN Mở đáu : Trong những năm vừa qua, công nghiệp mạng cục bộ (LAN) đã phát triển với tốc độ vô cùng nhanh chóng. Sự bùng nổ của công nghiệp LAN phản ánh nhu cầu thực tế của các cơ quan, trường học, doanh nghiệp cần kết nối các hệ thống đơn lẻ thành mạng nội bộ để tạo ra khả năng trao đổi thông tin, chia sẻ tài nguyên (phần cứng, phần mềm). Tuy nhiên mạng cục bộ thường được cài đặt trong một phạm vị địa lý tương đối nhỏ, với cự li ngắn (< 100m). Hơn nữa, nhu cầu trao đổi thông tin trong xã hội .phát triển ngày càng cao nên việc kết nối các mạng máy tính lại với nhau đã trở thành một vấn đề được quan tâm đạc biệt. Mục tiêu đề ra là phải làm sao để những người sử dụng mạng trên các mạng khác nhau (về chủng loaị, cấu trúc hoặc vị trí địa lý) có thể trao đổi thông tin với nhau một cách dễ dàng và hiệu quả. Để kết nối các mạng đang tồn tại lại với nhau, người ta thường xuất phát từ một trong hai quan điển sau đây .: (1) Xem mỗi nút của mạng con như là một hệ thống mở. (2) Xem mỗi mạng con như là một hệ thống mờ. Quan điểm (1) cho phép mỗi nút của mạng con có thể truyền thông trực tiếp với một nút của mạng con bất kỳ khác. Như vậy toàn bộ các mạng con cũng sẽ là nút của mạng lớn và tuân thủ theo một kiến trúc chung. Với quan điểm (2), hai nút thuộc hai mạng con khác nhau không thể "bắt tay” trực tiếp với nhau được mà phải thông qua một phần tử trung gian gọi là giao diện kết nối (Interconnection Interface) đặt giữa hai mạng con đó. Có nghĩa là cùng hình thành một mạng lớn gồm các giao diện nối kết và các máy chủ (host) được nối với nhau bởi các mạng con. Tương ứng với hai quan điểm đó, có hai chiến lược nối kết các mạng. Một chiến lược (tương ứng với quan điểm ( l)) tìm cách xây dựng các chuẩn chung cho các mạng (các công trình chuẩn hoá của CCITT, ISO, v.v. . .đi theo hướng này) và một chiến lược khác (tương ứng với quan điểm (2)) cố gắng xây dựng các giao diện nối kết để tôn trọng tính độc lập của các mạng hiện có. Xây dựng các chuẩn chung là điều lý tưởng, nhưng phải chấp nhận một thực tế là không thể loại bỏ tức khắc hàng ngàn mạng khác nhau đang tồn tại trên thế giới được mà phải tìm cách tận dụng chúng đến cùng. Từ đó việc trên thị trường xuất hiện hàng loạt các sản phẩm giao diện nối kết cho phép chuyển đổi giữa các mạng khác nhau là một minh chứng cho sức sống của quan điểm (2). Giao diện nối kết Hình 1- 12 cho một ví dụ kết nối các mạng con SN l, SN2, SN3 và SN4 nhờ các giao diện nối kết G1 , G2, G3 và G4. Ta cũng có thể xem mạng nối kết này như một mạng gồm các nút mạng là các giao diện nối kết G1, G2, G3, G4 được nối lại với nhau nhờ các "đường truyền đặc biệt"là các mạng con SN1, SN2, SN3 , SN4. Chức năng cụ thể của một giao diện nối kết phụ thuộc vào sự khác biệt về kiến trúc của các mạng con. Sự khác nhau càng lớn thì chức năng của giao diện nối kết càng phức tạp. Lưu ý rằng một giao diện nối kết có thể thực hiện nối "tay đôi" , "tay ba” hoặc "nhiều tay” tuỳ thuộc vào người thiết kế. Ngoài ra giao diện nối kết có thể là một thiết bị (máy tính) độc lập, nhưng cũng có thể được cài đặt ghép vào một nút của mạng con nào đó. Tuỳ thuộc vào chức năng cụ thể mà giao diện nối kết có những tên gọi riêng, như là : Bridge, Router, Gateway. SN1 SN4 G3 G2 G111 SN2 G411 SN3 users Hình 1- 12 : Sơ đồ ví dụ kết nối mạng. Gateway (cổng giao tiếp) là tên gọi chung nhất cho các giao diện nối kết và thường dùng trong những trường hợp chức năng của các giao diện này là phức tạp, đòi hỏi sự chuyển đổi giữa các họ giao thức khác nhau được sử dụng trong các mạng con. Trong khi đó Bridge (cầu _ nối) được dùng để chỉ giao diện nối kết trong trường hợp đơn giản nhất, chẳng hạn để kết nối các mạng cục bộ (LAN) cùng loại. Còn Router (bộ định tuyến) hoạt động ở mức cao hơn so với Bridge vì nó đảm nhiệm cả việc chọn đường cho các đơn vị dữ liệu để hướng chúng đến đích. Chương 2 NGHIÊN CứU Về GIAO THứC TCP/IP Mô hình tham chiếu OSI Khi thiết kế, các nhà thiết kế tự do lựa chọn kiến trúc mạng riêng của mình. Từ đó dẫn đến tình trạng không tương thích giữa các mạng: phương pháp truy nhập đường truyền khác nhau, sử dụng họ giao thức khác nhau….Sự không tương thích đó làm trở ngại cho sự tương tác của người sử dụng các mạng khác nhau. Nhu cầu trao đổi thông tin càng lớn thì trở ngại đó càng không thể chấp nhận được đối với người sử dụng. Sự thúc bách của khách hàng khiến cho các nhà sản xuất và các nhà nghiên cứu, thông qua các tổ chức chuẩn hoá quốc gia và quốc tế tích cực tìm kiếm một sự hội tục cho các sản phẩm mạng trên thị trường. Để có được điều đó, trước hết cần xây dựng được một khung chuẩn về kiến chúc mạng để làm căn cứ cho các nhà thiết kế và chế tạo các sản phẩm về mạng. Vì lý do đó, tổ chức tiểu chuẩn hoá quốc tế (International organization for Standardization – viết tắt là ISO) đã lập ra vào năm 1977, một tiểu ban nhằm phát triển một khung chuẩn như thế. Kết quả là năm 1984, ISO đã xây dựng được xong Mô hình tham chiếu cho việc kết nối các hệ thống mở (Referênc Model for Open Systems Interconnection hay gọn hơn : OSI Renference Model) Mô hình này đuợc dùng làm cơ sở để kết nối các hệ thống mở phục vụ cho các ứng dụng phân tầng. Từ “mở” ở đây nói lên khả năng 2 hệ thống có thể nối kết để trao đổi thông tin với nhau nếu chúng tuân thủ mô hình tham chiếu và các chuẩn liên quan. Mô hình OSI gồm có 7 tầng với tên gọi và chức năng chỉ ra trong hình 2-1 dưới đây: 7 application Giao thức Tầng 7 ứng dụng 7 6 Presentation Giao thức Tầng 6 Trình diễn 6 5 Sesssion Giao thức Tầng 5 Phiên 5 4 Transport Giao thức Tầng 4 Giao vận 4 3 Network Giao thức Tầng 3 Mạng 3 2 Data Link Giao thức Tầng 2 Liên kết dữ liệu 2 1 Physical Giao thức Tầng 1 Vật lý 1 Đường truyền vật lý Hình 2.1. Mô hình OSI 7 tầng Tầng vật lý (Physical) Liên quan đến nhiệm vụ truyền dòng bít không có cấu trúc qua đường truyền vật lý, truy nhập đường truyền vật lý nhờ các phương tiện cơ, điện, hàm thủ tục. 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 vật lý đảm bảo các công việc sau: + Lập cắt cuộn nối + Truyền tin dạng bít qua kênh vật lý. Tầng liên kết dữ liệu (Data Link) Cung cấp giao diện cho bộ điều hợp mạng, duy trì kết nối logic cho tiểu mạng Cung cấp phương tiện để truyền thông tin qua liên kết vật lý đảm bảo tin cậy, gửi các khối dữ liệu (frame) với các cơ chế đồng bộ hoá, kiểm soát lỗi và kiểm soát luồng dữ liệu cần thiết . Đảm bảo việc biến đổi các tin dạng bít nhận được từ lớp dưới (vật lý) sang khung số liệu, thông báo cho hệ phát kết quả thu được sao cho thông tin truyền lên mức 3(Network) không có lỗi. Trong trường hợp song công toàn phần, lớp Data Link phải đảm bảo việc quản lý các thông tin số liệu và các thông tin trạng thái . Tầng mạng (Network) Hỗ trợ địa chỉ logic và định tuyến Thực hiện các việc cho đường và chuyển tiếp thông tin với công nghệ chuyển mạch thích hợp, thực hiện việc kiểm soát luồng dữ liệu và cắt/hợp dữ liệu nếu cần. Lớp mạng có thể gọi một cách khác là lớp liên mạng (Communication subnet layer) theo dõi toàn bộ hoạt động của subnet, các thông tin số liệu ở lớp này còn được tổ chức thành cac gói số liệu (packet) chứa đầy đủ các địa chỉ gốc (source) và đích (destination). Lớp mạng kiểm soát lưu lượng thông tin trong mạng để quyết định số lượng gói vận chuyển, tránh trường hợp có quá nhiều số liệu trên subnet gây ra nghẹt. Tầng giao vận (Transport) Kiểm tra lỗi và kiểm soát việc lưu chuyển liên mạng Tầng giao vận là tầng cao nhất trong 4 nhóm tầng thấp, nó cung cấp các dịch vụ truyền số liệu , ngăn cản ảnh hưởng giữa hai nhóm tầng, đảm bảo độ tin cậy giữa các dịch vụ mạng. Tầng giao vận thực hiện việc truyền dữ liệu giữa hai tầng đầu mút (end –to- end); thực hiện cả việc kiểm soát lỗi và kiểm soát luồng dữ liệu giữa hai đầu mút. Cũng có thể thực hiện việc ghép kênh (multiplexing), cắt/hợp dự liệu nếu cần. Lớp này đảm bảo chức năng sau: nhận thông tin từ lớp phiên (Session) chia thành các phần nhỏ hơn và chuyển xuống lớp dưới hoặc nhận các gói thông tin từ lớp dưới chuyển lên, phục hồi theo các chia của hệ phát. Tầng phiên (Session) Thiết lập các khu vực cho các ứng dụng tương tác giữa các máy tính. Cung cấp phương tiện quản lý truyền thông giữa các ứng dụng: thiết lập, duy trì, đồng bộ hoá và huỷ bỏ các phiên truyền thông giữa các ứng dụng. Cho phép người sử dụng thâm nhập vào hệ xa, vận chuyển tệp giữa các hệ. Trong trường hợp đường truyền không/chưa vận chuyển hết thông tin cho hệ xa được, lớp phiên sẽ đảm bảo không/chưa chuyển giao các thông tin đó cho hệ xa (thí dụ trong khi truyền tệp số liệu lớp phiên sẽ đợi nhận đủ tệp mới chuyển cho người dùng ở hệ xa) Tầng trình diễn (Presentation) Dịch dữ liệu sang một dạng tiêu chuẩn, quản lý việc mã hoá và nén dữ liệu. Thực hiện việc chuyển đổi cú pháp dữ liệu để đáp ứng yêu cầu truyền dữ liệu của các ứng dụng qua môi trường OIS tức là mức này sẽ giải quyết thủ tục tiếp nhận giữ liệu một cách chính quy vào mạng. Nó sẽ lựa chọn dữ liệu một cách hợp lý, biến đổi các kí tự chữ số, các kí tự đặc biệt thành mã nhị phân thống nhất, khi đó các máy tính mới có thể trao đổi dữ liệu cho nhau, trao đổi dữ liệu với các thiết bị ngoại vi, thiết bị mạng. Thực hiện các yêu cầu của người tiêu dùng. Chứa các thư viện tiện ích. Tầng ứng dụng (Application) Cung cấp giao diện cho các ứng dụng, hỗ trọ ứng dụng gửi file, truyền thông… Cung cấp các phương tiện để người sử dụng có thể truy nhập vào môi trường OSI, mức này sẽ cung cấp tất cả các yêu cầu phối ghép cần thiết, các yêu cầu phục vụ chung như truyền tệp tin, sử dụng các thiết bị đầu cuối, các thiết bị ngoại vi đồng thời cung cấp các dịch vụ thông tin phân tán. Lớp ứng dụng cho phép người sử dụng khai thác các tài nguyên trong mạng tương tự như tài nguyên tại chỗ. Điều hấp dẫn của tiếp cận OSI chính là ở chỗ nó hứa hẹn giải pháp cho vấn đề truyền thông giữa các máy tính không giống nhau (heterogeneous). Hai hệ thống, dù khác nhau thế nào đi nữa, đều có thể truyền thông với nhau một cách hiệu quả nếu chúng đảm bảo những điều kiện chung sau đây: + Chúng cài đặt cùng một tập các chức năng truyền thông + Các chức năng đó được tổ chức thành cùng một tập các tầng. Các tầng đồng mức phải cung cấp các chức năng như nhau (nhưng phương thức cung cấp không nhất thiết phải giống nhau). + Các tầng đồng mức phải sử dụng một giao thức chung. Để đảm bảo những điều trên cần phải có các chuẩn. Các chuẩn phải xác định các chức năng và dịch vụ được cung cấp bởi một tầng (nhưng không cẩn chỉ ra chúng phải cài đặt như thế nào - điều đó có thể là khác nhau trên các hệ thống) Các chuẩn cũng phải xác định các giao thức giữa các tầng đồng mức. Mô hình OSI 7 tầng chính là cơ sở để xây dựng các chuẩn đó. Giao thức TCP/IP 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 thiết phải biết các quy chuẩn này. Tuy nhiên, một nền tảng kiến thức về TCP/IP sẽ rất cần thiết nếu muốn thiết lập cấu hính 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 của 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 dâu 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 nhạn: 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 liêu. - Chấp nhận dữ liệu từ ứng dụng và truyền tới mạng đích. Để có thể thể thực hiện 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. So sánh mô hình OSI với TCP/IP application Application Presentation Sesssion Transport Transport Network NetWoRK Data Link Network Access Physical OSI TCP/IP Hình 2-5: So sánh các kiến trúc OSI và TCP/IP Hình 2-5 mô tả kiến trúc của mạng TCP/IP có so sánh với mô hình tham chiếu OSI, qua đó ta thấy được sự tương ứng về chức năng của các tầng. 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 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 ( Network access) 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 điạ chỉ phần cứng vật lý. Cung cấp việc kiểm tra lỗi trong quá trình truyền dữ liệu. Nền tảng của giao thức TCP/IP là lớp truy cập mạng, tập hợp tất cả dịch vụ và quy định quản lý về tiếp cận phần cứng của mạng lưới. Sau đây sẽ tập trung về nhiệm vụ của Lớp truy cập mạng và 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. Lớp Internet ( NETWORK) 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. Lớp vận chuyển ( Transport ) Giúp kiểm soát luồn dữ liệu, kiểm tra lỗi và xác nhận các dich vụ cho liên mạng. Đóng vai trò giao diện cho các ứng dụng mạng Lớp ứng dụng ( Application ) 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 mỗi 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 và khối dữ liệu đủ để các lớp của máy nhận có thể nhận dạng được. Điều 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. TCP/IP thực chất là một họ giao thức cùng làm việc với nhau để cung cấp phương tiện truyền thông liên mạng. Ta sẽ xét giao thức IP, giao thức TCP và một số ứng dụng ở tầng trên như Telnet, FTP, DNS, SMTP. Giao thức liên mạng IP Mục đích của IP là cung cấp khả năng kết nối các mạng con thành liên mạng để truyền dữ liệu. Vai trò của IP tương tự vai trò của giao thức tầng mạng trong Mô hình OSI. IP là một kiểu giao thức “không liên kết” (connectionless) có nghĩa là không cần giai đoạn thiết lập liên kết trước khi truyền dự liệu. Đơn vị dữ liệu dùng trong IP được gọi là datagram, có khuôn dạng chỉ ra trong hình 2-7. Bit 0 3 4 7 8 15 16 31 VER IHL Type of Service Total Length Identification Flags Fragment offfser Header Time to live Protocol Header Checksum Source Address Destination Address Options + Padding Data (max: 65,535 bytes) Hình 2-7: Khuôn dạng của IP datagram. + ý nghĩa của các con số như sau: - VER (4 bits): chỉ version hiện hành của IP được cài đặt. - IHL (4 bits): chỉ độ dài phần đầu (Internet Header Length) của datagram, tính theo đơn vị từ (word = 32 bits). Độ dài tối thiểu là5 từ (20 bytes). - Type of service (8bits): đặc tả các tham số về dịch vụ, có dạng cụ thể như sau: Precedence D T R Reserved Trong đó: Precedence (3bit): chỉ thị về quyền ưu tiên gửi datagram, cụ thể là: 111 – Network Control (cao nhất) 011 – Flash. 110 – Internetwork Control 010 – Immediate 101 – CRITIC/ECP 001 – Priority 100 – Flas 000 – Routine (thấp nhất). D (Delay) (1bit): Chỉ thông lượng yêu cầu. T = 0 thông lượng bình thường. T = 1 thông lượng cao. R (Reliability( (1bit): Chỉ độ tin cậy yêu cầu. R = 0 độ tin cậy bình thường. R = 1 độ tin cậy cao. Total Length (16 bits): chỉ độ dài toàn bộ datagram, kể cả phần header (tính theo đơn vị bytes). - Identification (16 bytes): Cùng với các tham số khác (như Source Address và Destination Address) tham số này dùng để định danh duy nhất cho một datagram trong khoảng thời gian nó vẫn còn trên liên mạng. - Flags (3bits): liên quan đến sự phân đoạn (fragment) các datagram, cụ thể là: 0 1 2 O DF MF Bit 0 = reserved – chưa sử dụng, luôn lấy giá trị 0 Bit 1 (DF) = 0 (May Fragment) = 1 (Don’t Fragment) Bit 2 (MF) = 0 (lasst Fragment) = 1 (More Fragments) - Fragment offset (13bits): chỉ vị trí của đoạn (fragment) ở trong datagram, tính theo đơn vị 64 bits, có nghĩa là mỗi đoạn (trừ đoạn cuối cùng) phải chứa một vùng dữ liệu có độ dài là bội số của 64 bits. - Time to Live (8bits0: quy định thời gian tồn tại (tính bằng giây) của datagram trong liên mạng để tránh tình trạng một datagram bị quẩn trên liên mạng. Thời gian này được cho bởi trạm gửi và được giảm đi (thường quy ước là 1 đơn vị) khi datagram đi qua một router của liên mạng. - Protocol (8bits): chỉ giao thức tầng trên kế tiếp sẽ nhận vùng dữ liệu ở trạm đích (hiện tại thường là TCP hoặc UDP được cài đặt trên IP). - Header Checksum (16 bits): mã kiêm soát lỗi16 bits theo phương pháp CRC, chỉ cho vùng header. - Source Address (32 bits): địa chỉ của trạm nguồn. - Destination Address (32 bits): Địa chỉ của trạm đích. - Options (độ dài thay đổi): Khai báo các options do người gửi yêu cầu. - Padding (độ dài thay đổi): vùng đệm, được dùng để đảm bảo cho vùng header luôn kết thúc ở một mốc 32 bits. - Data (độ dài thay đổi): vùng dữ liệu, có độ dài là bộ số của 8 bits và tối đa là 65535 bytes. Sơ đồ địa chỉ hoá để định danh các trạm (host) trong liên mạng được gọi là địa chỉ IP 32 bits (32 bits IP Address). Mỗi địa chỉ IP có độ dài 32 bits được tách thành 4 vùng (mỗi vùng 1 bytes), có thể biểu thị dưới dạng thập phân, bát phâ, thập lục phân hoặc nhị thân. Cách viết phổ biến nhất là dùng ký pháp thập có dấu chấm (dotted decimal notation) để tách các vùng. Mục đích của địa chỉ IP là để định danh duy nhất cho một host bất kỳ trên liên mạng. Do tổ chức và độ lớn của các mạng con (subnet) của liên mạng có thể khác nhau, người ta chia các địa chỉ IP thành 5 lớp, ,ý hiệu là A, B, C, D và E với cấu trúc được chỉ ra trong hình 2 – 8. Lưu ý rằng các bít đầu tiên của byte đầu tiên được dùng để định danh lớp địa chỉ (0 – Lớp A; 10 – lớp B; 110 – lớp C; 1110 – lớp D và 11110 – lớp E). 0 1 7 8 15 16 23 24 31 0 Netid Hostid 1 0 Netid Hostid 1 1 0 Netid Hostid 1 1 1 0 Multicast address 1 1 1 1 0 Reserved for future use Netid = network identifier Hostid = host identifier Hình 2 – 8: Cấu trúc của các lớp địa chỉ IP Giao thức điều khiển truyền TCP TCP là một kiểu giao thức “có liên kết” (Connection – oriented) nghĩa là cần phải thiết lập liên kết (lôgic) giữa một cặp thực thể TCP trước khi chúng trao đổi dữ liệu với nhau. Vai trò của TCP tương tự như vai trò của tầng giao vận trong mô hình OSI. Đơn vị dữ liệu sử dụng trong TCP gọi là segment (đoạn dữ liệu). * Khuôn dạng dữ liệu của TCP: + Source Port và Destination Port (16 bits): là các địa chỉ điểm thâm nhập dịch vụ lớp giao vận (TSAP address). TCP có số lượng các cổng trong khoảng 0 đến 216-1. Các cổng có số nằm trong khoảng từ 0 đến 1023 được biết đến nhiều nhất vì các cổng này được sử dụng cho việc truy nhập tới các dịch vụ tiêu chuẩn. 0 15 16 31 Source Port Destination Port Sequence Number Acknowledgment Number R U R G A C K P S H R S T S Y N F I N Window Checksum Urgent Pointer Option Padding TCP Data Hình 2-9: Khuôn dạng dữ liệu của TCP * Các tham số trong khuôn dạng trên có ý nghĩa như sau: + Source Port và Destination Port (16 bits): là các địa chỉ điểm thâm nhập dịch vụ lớp giao vận (TSAP address). TCP có số lượng các cổng trong khoảng 0 đến 216-1. Các cổng có số nằm trong khoảng từ 0 đến 1023 được biết đến nhiều nhất vì các cổng này được sử dụng cho việc truy nhập tới các dịch vụ tiêu chuẩn. + Sequene Number (32 bits): số hiệu các byte đầu tiên của segment trừ bit SYN được thiết lập. Nếu bit SYN được thiết lập thì Sequence Number là số hiệu tuần tự khởi đầu (ISN) là byte dữ liệu đầu tiên là ISN + 1. Tham số này có vai trò như tham số N (S) trong HDLS. + Acknowledgment Number (32 bits): số hiệu của segment tiếp theo mà trạm nguồn đang chờ để nhận. Ngầm ý báo hiệu hết (các) segment mà trạm đích đã gửi cho trạm nguồn. Tham số này chỉ được xác địnhkhi ACK = 1, tham số này có vai trò như tham số N (R) trong HDLC. + Data offset (4 bits): số lượng từ – 32 bit (32 bit words) trong TCP header (tham số nà có độ dài của TCP header). + Reserved (6 bits): dành để dùng trong tương lai. + Control bits (các bít điều khiển). + URG: vùng con trỏ khẩn (Urgent Poiter) có hiệu lực. + ACK: vùng báo nhận (ACK number) có hiệu lực. + PSH: chuyển số liệu (Push), không cần nhớ. + RST: huỷ bỏ kết nối do lỗi phần mềm hay phần cứng. + SYN: đồng bộ để thiết lập kết nối. + FIN: không còn dữ liệu từ trạm nguồn, kết thúc kết nối. + Window (16 bits): cấp phát credit để kiểm soát luồng dữ liệu (cơ chế cửa sổ). Đây chính là số lượng các byte dữ liệu, bắt đầu từ byte được chỉ ra trong vùng ACK number mà trạm nguồn có sẵn sàng để nhận. + Checksum (16 bits): mã kiểm soát lỗi (theo phương pháp CRC) cho toàn bộ sêgmnt (header + data). + Urgent Pointer (16 bits): con trỏ này trỏ tới số hiệu tuần tự của byte đi theo sau dữ liệu khẩn, cho phép bên nhận biết được độ dài của dữ liệu khẩn. Vùng này có có hiệu lực khi bít URG được thiết lập. + Options (độ dài thay đổi): khai báo các option của TCP, trong đó có độ dài tối đa của vùng TCP data trong một segment. + Padding (độ dài thay đổi): đây là phần chèn thêm vào header để đảm bảo phần header luôn kết thúc ở một mốc 32 bits. Phần thêm này gồm toàn số 0. + PCP data (độ dài thay đổi): chứa dữ liệu của tầng trên, có độ dài tối đa ngầm định là 536 bytes. Giá trị này có thể hiệu chỉnh bằng cách khai báo trong vùng option. Giao thức UDP. UDP (User Datagram Protocol) là giao thức “không liên kết” được sử dụng thay thế cho TCP ở trên IP theo yêu cầu của ứng dụng. Khác với TCP, UDP không có chức năng thiếtt lập và giải phóng liên kết, tương tự như IP. Nó cũng không cung cấp các cơ chế báo nhận (acknowledgment), không xắp xếp tuần tự các đơn vị dữ liệu (datagram) đến và có thể dẫn đến tình trạng mất hoặc trùng dữ liệu mà không hề có thông báo lỗi cho người gửi. Tóm lại nó cung cấp các dịch vụ giao vận cho người sử dụng như trong TCP. UDP cũng cung cấp cơ chế gán và quả lý các số hiệu cổng (port numbers) để định danh duy nhất cho các ứng dụng chạy trên một trạm của mạng. Do ít chức năng phức tạp nên UDP có xu thế hoạt động nhanh hơn so với TCP. Nó thường được dùng cho các ứng dụng không đòi hỏi độ tin cậy cao trong giao vận. Khuôn dạng của UDP datagram được mô tả trong hình 2-11 với các vùng tham số đơn giản hơn nhiều so với TCP segment. 0 15 16 31 Source port Destination port Message lenth Checksum DATA Hình 2-11: Khuôn dạng của UDP datagram. Lưu ý: Còn có các giao thức và dịch vụ khác trong bộ TCP/IP, sau đây là bảng liệt kê đầy đủ: Data Link Layer( Network Access) ARP/RARP Address Resolution Protocol/Reverse Address DCAP Data Link Switching Client Access Protocol Network Layer DHCP Dynamic Host Configuration Protocol DVMRP Distance Vector Multicast Routing Protocol ICMP/ICMPv6 Internet Control Message Protocol IGMP Internet Group Management Protocol IP Internet Protocol version 4 IPv6 Internet Protocol version 6 MARS Multicast Address Resolution Server PIM Protocol Independent Multicast-Sparse Mode (PIM-SM) RIP2 Routing Information Protocol RIPng for IPv6 Routing Information Protocol for IPv6 RSVP Resource ReSerVation setup Protocol VRRP Virtual Router Redundancy Protocol Transport Layer ISTP Mobile IP Mobile IP Protocol RUDP Reliable UDP TALI Transport Adapter Layer Interface TCP Transmission Control Protocol UDP User Datagram Protocol Van Jacobson compressed TCP XOT X.25 over TCP Session Layer BGMP Border Gateway Multicast Protocol Diameter DIS Distributed Interactive Simulation DNS Domain Name Service ISAKMP/IKE Internet Security Association and Key Management Protocol and Internet Key Exchange Protocol iSCSI Small Computer Systems Interface LDAP Lightweight Directory Access Protocol MZAP Multicast-Scope Zone Announcement Protocol NetBIOS/IP NetBIOS/IP for TCP/IP Environment Application Layer COPS Common Open Policy Service FANP Flow Attribute Notification Protocol Finger User Information Protocol FTP File Transfer Protocol HTTP Hypertext Transfer Protocol IMAP4 Internet Message Access Protocol rev 4 IMPPpre/IMPPmes Instant Messaging and Presence Protocols IPDC IP Device Control IRC Internet Relay Chat Protocol ISAKMP Internet Message Access Protocol version 4rev1 ISP NTP Network Time Protocol POP3 Post Office Protocol version 3 Radius Remote Authentication Dial In User Service RLOGIN Remote Login RTSP Real-time Streaming Protocol SCTP Stream Control Transmision Protocol S-HTTP Secure Hypertext Transfer Protocol SLP Service Location Protocol SMTP Simple Mail Transfer Protocol SNMP Simple Network Management Protocol SOCKS Socket Secure (Server) TACACS+ Terminal Access Controller Access Control System TELNET TCP/IP Terminal Emulation Protocol TFTP Trivial File Transfer Protocol WCCP Web Cache Coordination Protocol X-Window X Window Ta thấy ở bảng trên, mặc dù có rất nhiều nhiều giao thức khác trong bộ TCP/IP nhưng 3 giao thức IP ( tầng Network), TCP và UDP ( tầng Transport ) là 3 giao thức chủ yếu nhất. Tóm tắt nguyên tắc hoạt động của TCP/IP 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 (Transmission Control Protocol- giao thức này ở lớp vận chuyển): Giao thức kiểm soát truyền thông tin giao thức này cung cấp các dịch vụ hướng kết nối ( connection-oriented) và thực hiện các công việc như kiểm soát thứ tự của các gói tin, việc đánh địa chỉ các dịch vụ cũng như các chức năng 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 các chức năng này đồng nghĩa rằng TCP chậm hơn UDP *UDP ( User Data Protocol): Giao thức gói dữ liệu người dùng, Giao thức này cũng hoạt động ở lớp giao vận, giống như giao thức TCP. Tuy nhiên đây là giao thức không định hướng kết nối, và làm phát sinh ít phụ phí hơn TCP. Do ít phụ phí hơn, nó truyền dữ liệu nhanh hơn, nhưng cũng ít tin cậy 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 phần mềm được thiết kế để tương tác với mạng vật lý. Lớp truy cập mạng tạo ra một hoặc nhiều khung dữ liệu (frame) để 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. Sơ đồ sau đây minh hoạ cho nguyên lý trên: TCP UDP IP Network Application Hardware Interface Application Transport Network Network Acess Để kết thúc phần trình bày về TCP/IP, cần lưu ý rằng trong quá trình lưu chuyển trong một liên mạng bao gồm nhiều mạng con khác nhau (LAN hoặc WAN), các đơn vị dữ liệu được cấu trúc theo gói/mở (encapsulation/decapsulation) theo cả hai chiều: chiều dọc (trong mỗi hệ thống trạm của mạng) và theo chiều ngang (qua mỗi mạng con của liên mạng). ở đây “gói” có nghĩa là thêm phần đầu (header) và phần đuôi (trailer) (nếu có) sau khi đã xử lý các thông tin điều khiển trong đó. KếT LUậN Trong quá trình làm đồ án dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Nguyễn Khắc Hưng – Bộ môn thông tin – Khoa vô tuyến điện tử – Học viện kỹ thuật quân sự, em đã độc lập nghiên cứu và giải quyết nhiệm vụ của bài tập được giao. Trong đồ án, các nhiệm vụ cơ bản đã được thực hiện. Nội dung bài tập đã khái quát về mạng thông tin nói chung và mạng máy tính cục bộ ( LAN ) nói riêng tiến tới quy hoặc ghép nối các mạng LAN. Do thời gian làm đồ án có hạn nên em chưa thể khai thác sâu thiết bị liên mạng ( router), giao thức liên mạng TCP/IP và vấn đề mở rộng mạng sau này. Nội dung đồ án có thể là một phần cơ sở lý thuyết khi nghiên cứu mạng số liệu trên cơi sở ghép nối các mạng LAN. Nhân đây em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Khắc Hưng đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án theo kế hoạch, đồng thời em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong khoa vô tuyến điện tử – Học viện kỹ thuật quân sự đã tạo điều kiện về nhiều mặt giúp đỡ em hoàn thành đồ án của mình theo đúng kế hoạch.