Đề tài: Giao thức TCP/IP

Chia sẻ: Nguyen Ngoc Lam | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:45

Thêm vào BST

Báo xấu

361
lượt xem 67
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mạng Internet là một mạng máy tính toàn cầu, bao gồm hàng chục triệu người sử dụng, được hình thành từ cuối thập kỷ 60 từ một thí nghiệm của Bộ quốc phòng Mỹ. Tại thời điểm ban đầu đó là mạng ARPAnet của Ban quản lý dự án nghiên cứu Quốc phòng. ARPAnet là một mạng thử nghiệm phục vụ các nghiên cứu quốc phòng, một trong những mục đích của nó là xây dựng một mạng máy tính có khả năng chịu đựng các sự cố (ví dụ một số nút mạng bị tấn côngvà phá huỷ nhưng...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài: Giao thức TCP/IP

Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Giao thức TCP/IP Luận văn tốt nghiệp Đề tài: Giao thức TCP/IP Vũ Khoa ĐTTT4 K40 1
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Giao thức TCP/IP CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ GIAO THỨC TCP/IP 1 .1. Lịch sử phát triển củaTCP/IP và mạng Internet Mạng Internet là một mạng máy tính toàn cầu, bao gồm hàng ch ục triệu n gười sử dụng, đ ược h ình thành từ cuối thập kỷ 60 từ một thí nghiệm của Bộ quốc phòng Mỹ. Tại thời điểm ban đầu đó là mạng ARPAnet của Ban quản lý d ự án nghiên cứu Quốc phòng. ARPAnet là một mạng thử nghiệm phục vụ các n ghiên cứu quốc phòng, một trong những mục đích của nó là xây dựng một mạng máy tính có khả năng chịu đựng các sự cố (ví dụ một số nút mạng bị tấn côngvà phá huỷ nhưng mạng vẫn tiếp tục hoạt động). Mạng cho phép một máy tính bất kỳ trên mạng liên lạc với mọi máy tính khác. Khả năng kết nối các hệ thống máy tính khác nhau đã hấp dẫn mọi người, vả lại đây cũng là phương pháp thực tế duy nhất để kết nối các máy tính của các hãng khác nhau. Kết quả là các nhà phát triển phần mềm ở Mỹ, Anh và Châu Âu bắt đầu phát triển các phần mềm trên bộ giao thức TCP/IP (giao thức được sử dụng trong việc truyền thông trên Internet) cho tất cả các loại máy. Điều này cũng hấp dẫn các trường đại học, các trung tâm nghiên cứu lớn và các cơ quan chính phủ, những n ơi mong muốn mua máy tính từ các nhà sản xuất, không bị phụ thuộc vào một hãng cố định nào. Bên cạnh đó các hệ thống cục bộ LAN bắt đầu phát triển cùng với sự xuất h iện các máy để bàn (Desktop Workstations) vào năm 1983. Phần lớn các máy để bàn sử dụng Berkeley UNIX, phần mềm cho kết nối TCP/IP đã đ ược coi là một phần của hệ điều hành này. Một điều rõ ràng là các mạng này có thể kết nối với nhau dễ dàng. Trong quá trình hình thành mạng Internet, NSFNET (được sự tài trợ của Hội khoa học Quốc gia Mỹ) đóng một vai trò tương đối quan trọng. Vào cu ối những năm 80, NFS thiết lập 5 trung tâm siêu máy tính. Trước đó, những máy tính nhanh nhất thế giới được sử dụng cho công việc phát triển vũ khí mới và một vài hãng lớn. Với các trung tâm mới này, NFS đã cho phép mọi người hoạt động trong lĩnh vực khoa học được sử dụng. Ban đầu, NFS định sử dụng ARPAnet để nối 5 trung tâm máy tính này, nhưng ý đồ này đã bị thói quan liêu và bộ máy hành chính làm thất bại. Vì vậy, NFS đã quyết định xây dựng mạng riêng của mình, vẫn dựa trên thủ tục TCP/IP, đường truyền tốc độ 56 Kbps. Các Vũ Khoa ĐTTT4 K40 2
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Giao thức TCP/IP trường đại học được nối thành các mạng vùng và các mạng vùng được nối với các trung tâm siêu máy tính. Ngày nay mạng Internet đã được phát triển nhanh chóng trong giới khoa học và giáo dục của Mỹ, sau đó phát triển rộng toàn cầu, phục vụ một cách đắc lực cho việc trao đổi thông tin trước hết trong các lĩnh vực nghiên cứu, giáo dục và gần đây cho thương mại. Internet sử dụng kỹ thuật chuyển mạch gói và dùng giao thức TCP/IP. Ngày nay nhiều mạng với kiến trúc khác nhau có thể nối vào Internet nhờ các cầu nối đa giao thức. 1 .2. Giao thức TCP/IP Khái niệm giao thức (Protocol) là một khái niệm c ơ bản của mạng truyền thông. Có thể hiểu một cách khái quát đó là tập hợp tất cả các quy tắc cần thiết (các thủ tục, các khuôn dạng dữ liệu, các c ơ chế phụ trợ....) cho phép các giao thức trao đổi thông tin trên mạng được thực hiện một cách chính xác và an toàn. Có rất nhiều họ giao thức đang được sử dụng trên mạng truyền thông hiện nay như IEEE802.X dùng trong mạng cục bộ, CCITT (nay là ITU) dùng cho liên mạng diện rộng và đặc biệt là họ giao thức chuẩn của ISO (tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế ) dựa trên mô hình tham chiếu bảy lớp cho việc kết nối các hệ thống mở. Trên Internet họ giao thức được sử dụng là bộ giao thức TCP/IP . Hai giao thức được d ùng chủ yếu ở đây là TCP ( Transmision Control Protocol ) và IP (Internet Protocol ). TCP là một giao thức kiểu có kết nối (Connection- Oriented), tức là cần phải có một giai đoạn thiết lập liên kết giữa một cặp thực thể TCP trước khi chúng thực hiện trao đổi dữ liệu. Còn giao th ức IP là một giao thức kiểu không kết nối (Connectionless), nghĩa là không cần phải có giai đoạn thiết lập liên kết giữa một cặp thực thể nào đó trước khi trao đổi dữ liệu . Khái niệm TCP/IP không chỉ bị giới hạn ở hai giao thức này. Thường thì TCP/IP được dùng để chỉ một nhóm các giao thức có liên quan đến TCP và IP như UDP (User Datagram Protocol), FTP (File Transfer Protocol), TELNET (Terminal Emulation Protocol) và v.v... Để giảm độ phức tạp của việc thiết kế và cài đặt mạng hầu hết các mạng máy tính hiện có đều được phân tích thiết kế theo quan điểm phân tầng . Mỗi hệ thống thành phần của mạng được xem nh ư là một cấu trúc đa tầng, trong đó mỗi tầng được xây dựng trên cơ sở tầng trước đó. Số lượng các tầng cùng như tên và chức năng của mỗi tầng là tuỳ thuộc vào nhà thiết kế. Họ giao thức của Vũ Khoa ĐTTT4 K40 3
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Giao thức TCP/IP ISO (tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế) dựa trên mô hình tham chiếu 7 lớp cho việc kết nối các hệ thống mở là h ọ giao thức được dùng làm chuẩn để các họ giao thức khác so sánh với nó do vậy trước khi đi vào nghiên cứu giao thức TCP/IP ta cần xem xét mô hình 7 lớp OSI. Trong mô hình OSI mục đích của mỗi tầng là cung cấp các dịch vụ cho tầng cao hơn tiếp theo, mô tả chi tiết cách thức cài đặt các dịch vụ này. Các tầng đ ược trừu tượng hoá theo cách là mỗi tầng chỉ biết rằng nó liên lạc với tầng tương ứng trên máy khác. Trong thực tế th ì mỗi tầng chỉ liên lạc với các tầng kề trên và kề dưới nó trên mỗi hệ thống mà thôi. Trừ tầng thấp nhất trong mô hình mạng không tầng nào có thể chuyển thông tin một cách trực tiếp với tầng tương ứng trong mạng máy tính khác. Thông tin trên máy cần gửi phải đ ược chuyển đi qua tất cả các tầng thấp hơn. Thông tin sau đó lại được truyền qua Card mạng tới máy nhận và lại được truyền lên qua các tầng cho đến khi nó đến tầng đã gửi thông tin đi. 1 .2.1. Mô hình 7 lớp OSI Mô hình này bao gồm 7 tầng. Tên gọi và chức năng các tầng được trình bày trong hình 1.1. Hệ thống mở A Hệ thống mở B Giao thức tầng 7 ỨNG DỤNG 7 APPLICATION 7 Giao thức tầng 6 TRÌNH DIỄN 6 PRESENTATION 6 Giao thức tầng 5 5 SESSION PHIÊN 5 Giao thức tầng4 GIAO VẬN 4 TRANSPORT 4 Giao thức tầng 3 MẠNG 3 NETWORK 3 Giao thức tầng 2 LIÊN KẾT DỮ LIỆU 2 DATA LINK 2 Giao thức tầng1 VẬT LÝ 1 PHYSICAL 1 Đường truyền vật lý Hình 1.1: Mô hình 7 lớp OSI Chức năng của các tầng như sau: 1. Tầng vật lý (Physical): Liên quan đến nhiệm vụ truyền dòng bits không có cấu trúc qua đường truyền vật lý, truy nhập đường truyền vật lý nhờ các phương tiện cơ, điện, hàm, vật lý. Vũ Khoa ĐTTT4 K40 4
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Giao thức TCP/IP 2. Tầng liên kết dữ liệu (Data link): Cung cấp phương tiện để truyền thông tin qua liên kết vật lý đảm bảo tin cậy, gửi các khối dữ liệu với các c ơ chế đồng bộ hoá, kiểm soát lỗi và kiểm soát luồng dữ liệu cần thiết. 3. Tầng mạng (Network): Thực hiện việc chọn đ ường và chuyển tiếp thông tin với công nghệ chuyển mạch thích hợp, thực hiện kiểm soát luồng dữ liệu và cắt/ hợp dữ liệu nếu cần. 4. Tầng giao vận (Transport): Thực hiện việc truyền dữ liệu giữa hai đầu mút (end - to - end), thực hiện cả việc kiểm soát lỗi và kiểm soát luồng d ữ liệu giữa hai đầu mút. Cũng có thể thực hiện việc ghép kênh, cắt / hợp d ữ liệu nếu cần. 5. Tầng phiên (Session): Cung cấp phương tiện quản lý truyền thông giữa các ứng dụng, thiết lập, duy trì, đồng bộ hoá và hu ỷ bỏ các phiên truyền thông giữa các ứng dụng. 6. Tầng trình diễn (Presentation): Chuyển đổi cú pháp dữ liệu để đáp ứng yêu cầu truyền dữ liệu của các tầng ứng dụng qua mô h ình OSI. 7. Tầng ứng dụng (Application): Cung cấp các phương tiện để người sử dụng có thể truy cập được vào môi trư ờng OSI, đồng thời cung cấp các d ịch vụ thông tin phân tán. 1 .2.2. Giao thức TCP/IP và mô hình 7 lớp OSI Mạng Internet với họ giao thức TCP/IP được minh hoạ tổng quát như hình 1 .2 với các dịch vụ mà nó cung cấp và các chuẩn được sử dụng có so sánh với kiến trúc hệ thống mở OSI để chúng ta có một cách nhìn tổng quát về họ giao thức này. OSI Model TCP/IP Architectual Model Application Telnet FTP SMTP DNS SNMP Presentation RIP Session Transmision Control UserDatagram Protocol (TCP) Protocol (UDP) ICMP Transport ARP Internet Protocol (IP) Network Data link Ethernet Tokenbus Token Ring FDDI Physical IEEE802.3 IEEE802.4 EEE802.5 ANSI X3 T95 Vũ Khoa ĐTTT4 K40 5
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Giao thức TCP/IP Hình 1.2: Giao thức TCP/IP khi so sánh với mô hình OSI Trong đó : FTP – File Transfer Protocol SMTP- Simple Mail Transfer Protocol DNS – Domain Name System SNMP – Simple Network Manage Protocol ICMP- Internet Control Message Protocol ARP - Address Resolution Protocol FDDI - - Fiber Distributed Data Interface RPI - - Routing Information Protocol TCP: (Transmistion Control Protocol) Thủ tục liên lạc ở tầng giao vận của TCP/IP. TCP có nhiệm vụ đảm bảo liên lạc thông suốt và tính đúng đắn của dữ liệu giữa 2 đầu của kết nối, dựa trên các gói tin IP. UDP: (User Datagram Protocol) Thủ tục liên kết ở tầng giao vận của TCP/IP. Khác với TCP, UDP không đảm bảo khả năng thông suốt của dữ liệu, cũng không có chế độ sửa lỗi. Bù lại, UDP cho tốc độ truyền dữ liệu cao hơn TCP. IP: (Internet Protocol) Là giao thức ở tầng thứ 3 của TCP/IP, nó có trách nhiệm vận chuyển các Datagrams qua mạng Internet. ICMP: (Internet Control Message Protocol) Thủ tục truyền các thông tin đ iều khiển trên mạng TCP/IP. Xử lý các tin báo trạng thái cho IP nh ư lỗi và các thay đổi trong phần cứng của mạng ảnh hưởng đến sự định tuyến thông tin truyền trong mạng. RIP: (Routing Information Protocol) Giao th ức định tuyến thông tin đây là một trong những giao thức để xác định phương pháp định tuyến tốt nhất cho truyền tin. ARP: (Address Resolution Protocol) Là giao th ức ở tầng liên kết dữ liệu. Chức năng của nó là tìm đ ịa chỉ vật lý ứng với một địa chỉ IP nào đó. Muốn vậy nó thực hiện Broadcasting trên mạng, và máy trạm nào có địa chỉ IP trùng với đ ịa chỉ IP đang được hỏi sẽ trả lời thông tin về địa chỉ vật lý của nó. DSN: (Domain name System) Xác định các địa chỉ theo số từ các tên của máy tính kết nối trên mạng. FTP: (File Transfer Protocol) Giao thức truyền tệp để truyền tệp từ một máy này đ ến một máy tính khác. Dịch vụ này là một trong những dịch vụ c ơ bản của Internet. Vũ Khoa ĐTTT4 K40 6
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Giao thức TCP/IP Telnet: (Terminal Emulation Protocol) Đăng ký sử dụng máy chủ từ xa với Telnet người sử dụng có thể từ một máy tính của mình ở xa máy chủ, đăng ký truy nhập vào máy chủ để xử dụng các tài nguyên của máy chủ như là mình đang ngồi tại máy chủ. SMTP: (Simple Mail Transfer Protocol) Giao thức truyền thư đơn giản: là một giao thức trực tiếp bảo đảm truyền thư điện tử giữa các máy tính trên mạng Internet. SNMP: (Simple Network Management Protocol) Giao thức quản trị mạng đ ơn giản: là dịch vụ quản trị mạng để gửi các thông báo trạng thái về mạng và các thiết bị kết nối mạng. 1 .2.3. Giao thức liên mạng IP Mục đích chính 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 c ủa giao thức tầng mạng trong mô hình OSI. Mặc dù từ Internet xuất hiện trong IP nhưng giao thức này không nhất thiết phải sử dụng trên Internet. Tất cả các máy trạm trên Internet đều hiểu IP, nhưng IP có thể sử dụng trong các mạng mà không có sự liện hệ với Internet. IP là giao thức kiểu không kết nối (Connectionless) tức là không cần có giai đoạn thiết lập liên kết trước khi truyền dữ liệu. Đơn vị dữ liệu dùng trong giao thức IP là IP Datagram hay gọi tắt là Datagram. Một Datagram được chia làm hai phần : Phần tiêu đề (Header) và phần chứa dữ liệu cần truyền (Data). Trong đó phần Header gồm một số trường chứa các thông tin điều khiển Datagram. 1 .2.3.1.Cấu trúc của IP Datagram Cấu trúc tổng quát của một IP Datagram như sau: DATAGAM HEADER DATAGRAM DATA AREA Cấu trúc chi tiết của một IP Datagram Header được mô tả như hình 1.3. Version IHL Type of Total length service Identification Flags Fragment offset Time to live Protocol Header checksum Source IP address Vũ Khoa ĐTTT4 K40 7
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Giao thức TCP/IP Destination IP address Options Padding Datas : Hình 1.3: Cấu trúc của Datagram Trong đó:  Trường version (4 bits) cho biết phiên bản của IP đang được sử dụng, h iện nay là IPv4. Trong tương lai thì địa chỉ IPv6 sẽ được sử dụng.  IHL (4 bits) Chỉ thị độ dài phần đầu (Internet Header Length) của Datagram tính theo đơn vị từ ( 32 bits).  Type of service (8 bits), đặc tả các tham số về dịch vụ. Khuôn dạng của nó đư ợc chỉ ra như sau. 0 1 2 3 4 5 6 7 Precedence D T R Reserved 8 Bits của trường Service được chia ra làm 5 phần cụ thể như sau :  Precedence (3 bits) chỉ thị quyền ưu tiên gửi Datagram, các mức ưu tiên từ 0 (bình thường) đến mức cao nhất là 7 (điều khiển mạng) cho phép người sử dụng chỉ ra tầm quan trọng của Datagram.  Ba bit D, T, R nói nên khiểu truyền Datagram, cụ thể nh ư sau:  Bit D (Delay)chỉ độ trễ yêu cầu.  Bit T (Throughput) chỉ thông lượng yêu cầu.  Bit R (Reliability) chỉ độ tin cậy yêu cầu.  Reserved (2 bits) chưa sử dụng.  Total Length (16 bits) : Ch ỉ độ dài toàn bộ Datagram kể cả phần Header. Đơn vị tính là Byte.  Identification (16 bits) Trường này được sử dụng để giúp các Host đích lắp lại một gói đã bị phân mảnh, nó cùng các trường khác như Source Address, Destination Address để định danh duy nhất một Datagram khi nó còn ở trên liên mạng.  Flags( 3 bits) liên quan đến sự phân đoạn các Datagrams cụ thể như sau: 0 1 2 0 DF MF Vũ Khoa ĐTTT4 K40 8
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Giao thức TCP/IP Trong đó các thành phần: Bit 0 Chưa sử dụng lấy giá trị 0. Bit 1 (DF) DF=0: Thực hiện phân đoạn. DF=1: Không thực hiện phân đoạn. Bit 2 (MF) MF=0: Phân đoạn lần cuối. MF=1: Phân đoạn thêm.  Fragment offset (13 bits): Chỉ vị trí của đoạn (Fragment) ở trong Datagram. Đơn vị tính là 64 bits (8 Bytes).  Time to live (8 bits): Cho biết thời gian tồn tại của Datagram trên liên mạng. Để tránh tình trạng một Datagram bị quẩn trên liên mạng. Nếu sau một khoảng thời gian bằng thời gian sống mà Datagram vẫn chưa đến đ ích thì nó bị huỷ.  Protocol (8 bits) Cho biết giao thức tầng trên kế tiếp sẽ nhận vùng dữ liệu ở trạm đích. Giao thức tầng trên của IP thường là TCP hoặc UDP.  Header Checksum (16 bits): Đây là mã kiểm soát lỗi 16 bits theo phương pháp CRC cho vùng Header nhằm phát hiện các lỗi của Datagram.  Source Address (32 bits) Cho biết địa chỉ IP của trạm nguồn.  Destination Address (32 bits) Cho biết địa chỉ IP của trạm đích. Trong một liên mạng địa chỉ IP của trạm nguồn và địa chỉ IP của trạm đích là duy nhất.  Options (độ dài thay đổi) Dùng để khai báo Options do người sử dụng yêu cầu.  Padding (độ dài thay đổi) Là một vùng đệm được dùng để đảm bảo cho phần Header luôn kết thúc ở mức 32 bits. Giá trị của Padding gồm toàn b it 0.  Data (Độ dài thay đổi) Vùng dữ liệu có độ dài là bội số của 8 bits. Kích thước tối đa của trường Data là 65535 Bytes. 1 .2.3.2.Quá trình phân mảnh các gói dữ liệu Trong quá trình truyền dữ liệu, một gói dữ liệu (Datagram) có thể đ ược truyền đi qua nhiều mạng khác nhau. Một gói dữ liệu nhận đ ược từ một mạng nào đó có thể quá lớn để truyền đi trong một gói đơn của mạng khác, bởi vậy mỗi loại cấu trúc mạng cho phép một đơn v ị truyền cực đại MTU (Maximum Transmission Unit) khác nhau. Đây chính là kích thước lớn nhất của một gói Vũ Khoa ĐTTT4 K40 9
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Giao thức TCP/IP mà chúng có thể truyền được. Nếu như một gói dữ liệu nhận được từ một mạng nào đó mà kích thư ớc của nó lớn hơn MTU của mạng khác thì nó cần được phân mảnh ra thành gói nhỏ hơn gọi là Fragment để truyền đi, quá trình này gọi là quá trình phân mảnh. Dạng của một Fragment cũng giống như dạng của một gói dữ liệu thông thường. Từ thứ hai trong phần Header chứa các thông tin để xác định mỗi Fragment và cung cấp các thông tin để hợp nhất các Fragments này lại thành các gói như ban đầu. Trường định danh (Indentification) dùng để xác định Fragment này thuộc vào gói dữ liệu nào. Trường định danh có một giá trị duy nhất cho mỗi gói dữ liệu được vận chuyển. Mỗi thành phần của gói dữ liệu bị phân mảnh sẽ có cùng giá trị trường định danh. Điều đó cho phép IP lắp ráp lại các gói dữ liệu bị phân mảnh một cách phù hợp. Hậu quả của việc phân mảnh dữ liệu là các gói bị phân mảnh sẽ đến đích chậm hơn so với một gói không bị phân mảnh. Vì vậy phần lớn các ứng dụng đều tránh không sử dụng kỹ thuật này nếu có thể. Vì sự phân mảnh tạo ra các gói dữ liệu phụ nên cần quá trình sử lý phụ làm giảm tính năng của mạng. Hơn n ữa vì IP là một giao thức không tin cậy nên khi bất kỳ một gói dữ liệu bị phân mảnh nào bị mất th ì tất cả các mảnh sẽ phải truyền lại. Chính vì lý do này nên phải gửi các gói dữ liệu lớn nhất mà không bị phân mảnh, giá trị này là Path MTU. 1 .2.3.3. Phương pháp đánh địa chỉ trong TCP/IP Để có thể thực hiện truyền tin giữa các máy trên mạng, mỗi máy tính trên mạng TCP/IP cần phải có một địa chỉ xác định gọi là địa chỉ IP. Hiện nay mỗi đ ịa chỉ IP được tạo bởi một số 32 bits (IPv4)và được tách thành 4 vùng, mỗi vùng có một Byte có thể biểu thị dưới dạng thập phân, nhị phân, thập lục phân hoặc bát phân. Cách viết phổ biến nhất hay dùng là cách viết dùng ký tự thập phân. Một địa chỉ IP khi đó sẽ được biểu diễn bởi 4 số thập phân có giá trị từ 0 đến 255 và được phân cách nhau bởi dấu chấm (.). Mỗi giá trị thập phân biểu d iễn 8 bits trong địa chỉ IP. Mục đích của địa chỉ IP là để định danh duy nhất cho một host ở trên mạng . IPv4 sử dụng 3 loại địa chỉ trong trường nguồn và đích đó là: 1. Unicast: Để thể hiện một địa chỉ đơn hướng. Địa chỉ đơn hướng là địa chỉ dùng để nhận dạng từng nút một (điểm nút là tập các thiết bị chuyển mạch nằm ở trung tâm như Router chẳng hạn ) cụ thể là một gói dữ liệu Vũ Khoa ĐTTT4 K40 10
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Giao thức TCP/IP đ ược gửi tới một địa chỉ đơn hướng sẽ đ ược chuyển tới nút mang địa chỉ đ ơn hướng đó. 2. Multicast: Địa chỉ đa hướng. Là địa chỉ dùng để nhận dạng một tập hợp nút nhưng không phải là tất cả. Tập hợp nút bao gồm nhiều nút khác nhau hợp thành, gói dữ liệu IP gửi tới một địa chỉ Multicast sẽ được gửi tới tất cả các Host tham dự trong nhóm Multicast này. 3. Broadcast: Thể hiện tất cả các trạm trên mạng. Thông th ường điều đó giới hạn ở tất cả các Host trên một mạng con địa phương. Các địa chỉ IP được chia ra làm hai phần, một phần để xác định mạng (net id) và một phần để xác định host (host id). Các lớp mạng xác định số bits được dành cho mỗi phần mạng và phần host. Có năm lớp mạng là A, B, C, D, E, trong đó ba lớp đầu là được dùng cho mục đích thông thường, còn hai lớp D và E đ ược dành cho những mục đích đặc biệt và tương lai. Trong đó ba lớp chính là A,B,C. Hình vẽ sau cho thấy cấu trúc của một địa chỉ IP. 0 31 class ID Nework ID Host ID Mỗi lớp địa chỉ được đặc trưng bởi một số bits đầu tiên của Byte đầu tiên có cấu trúc chi tiết như hình 1.4. Khu«n d¹ng ®Þa chØ IP líp A 0 1 7 8 31 0 Network ID Host ID Khu«n d¹ng ®Þa chØ IP líp B 0 1 2 15 16 31 1 0 Network ID Host ID Khu«n d¹ng ®Þa chØ IP líp C 0 1 2 3 21 22 31 1 1 0 Network ID Host ID Khu«n d¹ng ®Þa chØ IP líp D 0 1 2 3 4 31 1 1 1 0 Multicast address Vũ Khoa ĐTTT4 K40 Khu«n d¹ng ®Þa chØ IP líp E 11 31 0 1 2 3 4 1 1 1 1 0 Reserved for future use
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Giao thức TCP/IP Hình 1.4: Cấu trúc các khuôn dạng địa chỉ Từ cấu trúc phân lớp địa chỉ ta có thể nhận thấy:  Nhỏ h ơn 128 là đ ịa chỉ lớp A. Byte đầu tiên xác đ ịnh địa chỉ mạng, ba Bytes còn lại xác định địa chỉ máy trạm.  Từ 128 đến 191 là địa chỉ lớp B. Hai Bytes đầu xác định địa chỉ mạng. Hai Bytes tiếp theo xác định địa chỉ máy trạm.  Từ 192 đến 223 là địa chỉ lớp C. Ba Bytes đầu xác định địa chỉ mạng. Bytes còn lại xác định địa chỉ máy trạm.  Lớn hơn 223 là các địa chỉ dùng để quảng bá hoặc dùng dự trữ cho các mục đích đặc biệt và ta có thể không cần quan tâm. Nhìn vào trên hình ta có bảng phân lớp địa chỉ IP nh ư bảng 1.1. Số mạng Số Hosts trong mạng Network class A 126 16.777.214 B 16.382 65.534 C 2.097.150 254 Bảng 1.1: Bảng phân lớp địa chỉ Tuy nhiên không phải tất cả các số hiệu mạng (net id) đều có thể dùng đ ược. Một số địa chỉ được để dành cho những mục đích đặc biệt. Lớp A có số mạng ít nhất, nhưng mỗi mạng lại có nhiều hosts thích hợp với các tổ chức lớn có nhiều máy tính. Lớp B có số mạng và số hosts vừa phải. Còn lớp C có nhiều mạng nhưng mỗi mạng chỉ có thể có 254 hosts, thích h ợp với tổ chức có ít máy tính. Để tiện cho việc quản trị cũng như th ực hiện các phương pháp tìm đường trên mạng. Ở các mạng lớn (lớp A) hay mạng vừa (lớp B) người ta có thể chia chúng thành các mạng con (Subnets) . Ví dụ cho rằng một mạng con có địa chỉ lớp B là 191.12.0.50 khi đó coi 191.12.0.0 là địa chỉ toàn mạng và lập địa chỉ 191.12.1. cho Subnet 1 và 191.12.2 cho Subnet 2. Có thể dành trọn một nhóm 8 bits để đánh địa chỉ Subnet và một nhóm để đánh địa chỉ các máy trong từng Subnet. Như thế tất nhiên là số máy trong một Subnet sẽ ít đi tương tự như trong mạng nhỏ. Sự phân chia này làm giảm kích thước của bảng định tuyến trong Router/ Gateway, nghĩa là tiết kiệm dung lượng nhớ và thời gian xử lý. Vũ Khoa ĐTTT4 K40 12
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Giao thức TCP/IP Sự phân chia một mạng thành nhiều mạng con phát sinh vấn đề là số lượng bit dành để đánh địa chỉ mạng con có thể khác nhau và tuỳ thuộc vào nhà quản trị mạng. Do đó người ta đưa vào khái niệm Subnet Mask. Subnet Mask cũng giống như địa chỉ IP bao gồm 32 bits. Mục đích của điạ chỉ Subnet Mask là để chia nhỏ một địa chỉ IP thành các mạng nhỏ hơn và theo dõi vùng nào trên đ ịa chỉ IP đ ược dùng để làm địa chỉ cho mạng con (còn được gọi là các Subnet) đó vùng nào dùng làm đ ịa chỉ cho các máy trạm. Nội dung của một Subnet Mask được quy định như sau : Các bit 1 : dùng để chỉ định địa chỉ mạng trên địa chỉ IP. Các bit 0 : dùng để chỉ định địa chỉ máy trạm trên địa chỉ IP. Ví dụ đối với mạng A có địa chỉ là 25.0.0.0, nếu dành 8 bits cho Subnet thì mặt nạ có giá trị là 255.255.0.0 , nếu dành 16 bits cho Subnet thì mặt nạ có giá trị là 255.255.255.0. Từ địa chỉ IP ta thực hiện phép toán logic AND với địa chỉ Subnet Mask kết quả sẽ tạo ra đ ược địa chỉ mạng n ơi đến. Kết quả này được sử dụng để tìm bước tiếp theo trong thuật toán tìm đường trên mạng. Nếu kết quả này trùng với địa chỉ mạng tại trạm đang làm việc thì sẽ xét tiếp địa chỉ máy trạm để truyền đi. Theo cấu trúc của Subnet Mask thì ta thấy tất cả các trạm làm việc trong cùng một mạng con có cùng giá trị Subnet Mask. Với phương pháp này số bits dùng để đánh địa chỉ host có thể nhỏ hơn 8 b its (đối với lớp C) tức là một địa chỉ lớp C có thể phân nhỏ hơn nữa và khi đó các mạng con này thư ờng được xác định bởi các địa chỉ có thêm phần chú thích số bits dành cho địa chỉ mạng, ví dụ 203.160.0.0/25 mô tả Subnet 203.160.0.0 (thuộc lớp C) nhưng có 25 bits dùng cho địa chỉ mạng và 7 bits dùng cho địa chỉ Hosts tức là Subnet này chỉ có tối đa là 128 Hosts chứ không phải là 256 Hosts. Trong tất cả các lớp địa chỉ mạng cũng như các Subnets, các điạ chỉ đầu và cuối của mạng được dùng cho các mục đích riêng. Một địa chỉ IP cùng với tất cả các bits địa chỉ máy trạm có giá trị có là 0 (địa chỉ đầu mạng) được dùng để chỉ chính mạng đó (hay địa chỉ xác định mạng). Ví dụ địa chỉ 203.160.1.0 đ ược dùng để chỉ mạng 203.160.1.0. Còn nếu tất cả các bits địa chỉ trong phần đ ịa chỉ của trạm đều có giá trị là 1 (địa chỉ cuối mạng) thì địa chỉ này được dùng làm địa chỉ quảng bá. Ví dụ địa chỉ quảng bá của mạng 203.160.1.0 là 203.160.1.255. Một gói dữ liệu gửi đến địa chỉ này sẽ được truyền đến tất cả các máy trạm trên địa chỉ này. Vũ Khoa ĐTTT4 K40 13
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Giao thức TCP/IP Trên mạng Internet, việc quản lý và phân phối địa chỉ IP là do NIC (Network Information Center). Với sự bùng nổ của số máy tính kết nối vào mạng Internet, địa chỉ IP đã trở thành một tài nguyên cạn kiệt, người ta đã phải xây d ựng nhiều công nghệ để khắc phục tình hình này. Ví dụ như công nghệ cấp phát địa chỉ IP động như BOOTP hay DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). Khi sử dụng công nghệ này thì không nhất thiết mọi máy trên mạng đều phải có một địa chỉ IP định trước mà nó sẽ được Server cấp cho một địa chỉ IP khi thực hiện kết nối. Tuy nhiên giải pháp này chỉ là tạm thời trong tương lai thì địa chỉ IPv6 sẽ đượcđưa vào sử dụng. Vũ Khoa ĐTTT4 K40 14
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Giao thức TCP/IP 1 .2.3.4.Địa chỉ IPv6 Cấu trúc Header của gói IPv6 được trình bày trong hình 1.5. Version Priority Flow Lable Number Pay load Length Next Header Hop limit Source IP Address ( 128 Bits) Destination IP Address (128 Bits) Hình 1.5: Cấu trúc Header gói IPv6 Cấu trúc của gói IPv6 không hoàn toàn tương thích một cách trực tiếp với cấu trúc của gói IPv4, nó có cấu trúc để cho việc truyền dẫn c àng nhanh càng tốt, và nó vẫn cùng hoạt động với IPv4. IPv6 có một số đặc điểm chính sau đây:  128 bits địa chỉ thay cho 32 bits địa chỉ.  Thiết lập và cấu hình đơn giản : IPv6 có thể tự động đặt cấu h ình các địa chỉ cục bộ.  Định dạng Header đơn giản một vài trường đã được bỏ đi hoặc trở thành không bắt buộc. Sự định dạng Header mới này cải thiện tính năng của bộ đ ịnh tuyến và dễ dàng thêm các loại Header mới.  Cải tiến sự trợ giúp đối với các tuỳ chọn và các mở rộng.  Sự trợ giúp đối với việc xác nhận đúng và sự mã hoá dữ liệu. Sự trợ giúp đối với việc xác nhận đúng, tính chân thật của dữ liệu, tính bí mật của dữ liệu là một phần của kiến trúc IPv6.  Không giống như IPv4 các gói dữ liệu trong IPv6 nói chung không bị phân mảnh. Nếu sự phân mảnh được yêu cầu nó sẽ được thực hiện không phải bằng các bộ định tuyến mà bằng nguồn của các gói dữ liệu. Đối với một gói dữ liệu bị phân mảnh, Host nguồn sẽ sinh ra một giá trị tự nhận d iện duy nhất. IPv6 có 128 bits địa chỉ dài hơn bốn lần so với IPv4 nên khả năng theo lý thuyết có thể cung cấp một không gian địa chỉ lớn hơn nhiều. Đây là không gian địa chỉ cực lớn với mục đích không chỉ cho Internet mà còn cho tất cả các mạng máy tính, các hệ thống viễn thông, hệ thống điều khiển và thậm chí còn cả các vật dụng trong gia đình. Địa chỉ IPv6 được phân ra là 3 loại chính như sau : Vũ Khoa ĐTTT4 K40 15
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Giao thức TCP/IP 1. Unicast Address: Địa chỉ đơn hướng là địa chỉ dùng để nhận dạng từng nút một (điểm nút là tập các thiết bị chuyển mạch nằm ở trung tâm nh ư Router chẳng hạn) cụ thể là một gói dữ liệu được gửi tới một địa chỉ đơn h ướng sẽ được chuyển tới nút mang địa chỉ đơn hướng đó. 2. Anycast Address: Địa chỉ bất kỳ hướng nào. Là địa chỉ dùng để nhận dạng một tập hợp nút bao gồm nhiều nút khác nhau hợp thành, cụ thể là một gói số liệu được gửi tới một địa chỉ bất cứ hướng nào sẽ được chuyển tới một nút gần nhất trong tập hợp nút mạng địa chỉ Anycast đó. 3. Multicast Address : Địa chỉ đa hướng. Là địa chỉ dùng để nhận dạng một tập hợp nút. Tập hợp nút bao gồm nhiều nút khác nhau hợp thành, cụ thể là một gói số liệu đ ược gửi tới một địa chỉ đa hướng sẽ được chuyển tới tất cả các nút trong địa chỉ Multicast đó. 1 .2.3.5. Giao thức ARP Khi hai máy trên mạng Internet muốn kết nối với nhau thì chúng phải b iết điạ chỉ của nhau, địa chỉ được sử dụng là địa chỉ Internet. Tuy nhiên nếu hai máy cùng trong một mạng vật lý thì chúng không thể sử dụng địa chỉ IP để liên lạc với nhau, chúng chỉ có thể kết nối với nhau khi chúng biết đ ược địa chỉ vật lý của nhau. Vấn đề đặt ra là làm sao một trạm hay một Router có thể ánh xạ địa chỉ IP (32 bits hoặc 128 bits ) sang địa chỉ vật lý (48 bits) khi chúng cần gửi một gói dữ liệu qua mạng vật lý. Trước kia trong các hệ thống sử dụng giao thức TCP/IP thì phải có một bảng chỉ ra sự liên quan giữa địa chỉ IP và địa chỉ vật lý (địa chỉ MAC) tuy nhiên ngày vấn đề này được giải quyết thông qua g iao th ức xác định địa chỉ ARP (Address Resolution Protocol). Giao thức ARP cho phép một trạm có thể biết được địa chỉ vật lý của một trạm khác trên cùng một mạng vật lý khi nó biết địa chỉ IP của trạm kia. Hình 1.6 minh hoạ điều đó. 192.1.1.1 192.1.1.2 No response No response Response 192.1.1.5 192.1.1.4 ARP request Vũ Khoa ĐTTT4 K40 ARP response 16
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Giao thức TCP/IP Hình 1.6: Giao thức ARP Khi một máy trạm có địa chỉ 129.1.1.1 muốn biết địa chỉ vật lý của máy trạm có địa chỉ 129.1.1.4 thì nó gửi đi một gói tin đặc biệt có chứa địa chỉ IP 129.1.1.4 đến tất cả các trạm khác (Sử dung chế độ Broadcast) để yêu cầu trả lời cho biết địa chỉ vật lý của máy này. Tất cả các trạm trên mạng đều nhận đ ược thông báo này nhưng ch ỉ có trạm có địa chỉ IP là 129.1.1.4 nhận ra địa chỉ IP của nó nên nó gửi cho máy 129.1.1.1 một phúc đáp trả lời địa chỉ vật lý của nó. Tuy nhiên nếu bất cứ lúc nào muốn kết nối, mỗi máy trạm đều phải thực h iện quảng bá yêu cầu ARP như vậy sẽ làm tăng khả năng tắc nghẽn trên mạng vì tất cả các máy trong mạng đều nhận được yêu cầu này và phải xử nó. Để tránh tình trạng này trên mỗi máy trạm đều có thiết kế một vùng nhớ gọi là ARP table hoặc ARP cache. Bảng này sẽ lưu giữ địa chỉ IP tương ứng với địa chỉ vật lý của các máy trạm gần nhất mà nó nhận được và được cập nhật tự động khi nhận được trả lời ARP. Trước khi gửi đi một yêu cầu ARP th ì một máy trạm sẽ tìm trong ARP table xem có đ ịa chỉ vật lý nào tương ứng với điạ chỉ IP mà nó muốn kết nối hay không, nếu có thì nó sẽ gửi dữ liệu mà không phải phát yêu cầu ARP. Bên cạnh đó để giảm việc phát đi các yêu cầu ARP thì khi một máy trạm nào trả lời một yêu cầu ARP nó sẽ tự động cập nhật địa chỉ IP v à địa chỉ vật lý của n ơi yêu cầu vào ARP table. Các ARP table này tuỳ theo cấu trúc khác nhau mà có phương pháp cập nhật hoặc loại bỏ địa chỉ khác nhau. Hình 1.7 chỉ ra các để thực hiện một yêu cầu ARP. IP 1 3 ARP request ARP table 2, 5 (ARP cache) 4 Data link Hình 1.7: Các bước thực hiện ARP Vũ Khoa ĐTTT4 K40 17
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Giao thức TCP/IP 1 . Trước khi thực hiện kết nối thì máy trạm phải biết địa chỉ MAC tương ứng với địa chỉ IP. 2 . Nó sẽ tìm trong ARP table xem có địa chỉ nào phù hơp không. 3 . ARP table sẽ trả lời địa chỉ MAC (nếu có). 4 . Nếu địa chỉ MAC không có trong ARP table th ì máy đó sẽ phát ra yêu cầu ARP lên trên mạng, nếu địa chỉ MAC có trong ARP table thì kết nối được thực hiện. 5 . Cùng với việc nhận được trả lời ARP thì ARP table được cập nhật. Khuôn dạng của một gói tin ARP cũng nh ư RARP dùng cho mạng Ethernet đ ược mô tả như hình 1.8. Bit 0 Bit 16 Type of Hardware(16bits) Type of Protocol(16bits) Length of Hardware Length of Protocol Address Address Operation(16bits) Hardware address of the source station IP address of the source station Hardware address of the destination station IP address of the destination station Hình 1.8: Khuôn dạng gói tin ARP/RARP Ý nghĩa của các trường trong khuôn dạng như sau:  Type of Hardware (16bits): Mô tả kiểu giao diện phần cứng, thường được dùng để chỉ các mạng LAN hoạt động theo các chuẩn IEEE 802. Tr ường này mang giá trị 1 đối với các mạng Ethernet.  Type of Protocol (16bits): Mô tả kiểu địa chỉ giao thức cao cấp (IP, IPX Apple Talk), trường này mang giá trị 0800 ở hệ 16 đối với địa chỉ IP.  Length of Hardware Address: Chỉ thị độ dài đ ịa chỉ phần cứng.  Length of Protocol Address: Chỉ thị độ dài địa chỉ của giao thức cao cấp.  Operation (16bits): Cho biết gói tin ARP/RARP là gói mang thông tin hỏi hay phúc đáp: Operation = 1: ARP Request. = 2 : ARP Response. Vũ Khoa ĐTTT4 K40 18
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Giao thức TCP/IP = 3: RARP Request. = 4: RARP Response.  Hardware address of the source station: Địa chỉ vật lý của trạm gửi.  IP address of the source station: Địa chỉ IP của n ơi gửi.  Hardware address of the destination station : Địa chỉ vật lý của đích, trường này thường được thiết lập là 0 trong các ARP Reqest, và được điền vào bằng các thủ tục phúc đáp của trạm đích.  IP address of the destination station: Địa chỉ IP của nhận, nó được thiết lập bởi trạm nguồn. Khi các gói tin ARP được truyền trên mạng tuỳ theo cấu trúc của các mạng khác nhau mà có các khung dữ liệu gửi đi tương ứng. Các khung dữ liệu này đư ợc phân biệt với các khung tin loại khác bằng một trường kiểu trong phần tiêu đề của khung. Với mạng Ethernet, khung tin ARP có trường kiểu mang giá trị 0806 ở hệ 16. 1 .2.3.6. Giao thức RARP(Reverse ARP) Các máy tính thường lưu trữ địa chỉ IP của nó trên bộ nhớ thứ cấp, n ơi mà hệ điều hành có thể tìm thấy khi khởi động. Nh ưng với những máy tính không thường xuyên làm việc với bộ nhớ thứ cấp (chẳng hạn chúng lưu giữ tập tin trên một máy Server ở xa) th ì chúng không biết địa chỉ IP của mình. Vì vậy một máy tính không có ổ đĩa cứng khi khởi động phải liên lạc với Server để biết đ ược địa chỉ IP của nó trước khi kết nối vào hệ thống sử dụng TCP/IP. Máy tính có thể nhận biết được địa chỉ vật lý của nó từ phần cứng giao tiếp mạng được cài đặt trên nó. Từ địa chỉ vật lý này, các máy tính không có bộ nhớ thứ cấp có thể tìm ra địa chỉ IP của nó thông qua giao thức RARP. Khuôn dạng của thông báo RARP về cơ bản giống khuông dạng của thông báo ARP, chỉ khác về cách thức khai báo một số trường trong đó. Cũng như thông báo ARP, một thông báo RARP cũng được đóng tron g một khung thông tin mạng và được gửi từ máy này đến máy khác. Phần tiêu đề của khung tin có chứa một trường kiểu mang giá trị 8035 ở hệ 16 cho phép phân biệt khung tin chứa thông báo RARP với các khung tin dạng khác. Hình 1 .9 minh hoạ cách thức mà một má y sử dụng RARP để xác định địa chỉ IP của nó. Để biết địa chỉ IP của mình, đầu tiên máy A quảng bá một yêu cầu RARP đến tất cả các máy khác. A cung cấp địa chỉ vật lý của nó trong gói tin RARP. Vũ Khoa ĐTTT4 K40 19
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Giao thức TCP/IP Tất cả các máy trên mạng đều nhận được yêu cầu này nhưng chỉ có máy nào cung cấp dịch vụ RARP mới tiến hành xử lý và trả lời yêu cầu này. Những máy đó được gọi là các RARP Server. Trong một mạng con nói chung cần phải có một máy tính như vậy. A 192.1.1.2 Response 192.1.1.5 192.1.1.4 RARP request RARP response Hình 1.9 Giao thức RARP 1 .2.3.7. ARP u ỷ quyền ARP uỷ quyền là phương pháp mà trong đó một máy th ường là một Router trả lời các yêu cầu ARP cho các máy khác bằng cách cung cấp địa chỉ vật lý của chính nó. Bằng cách tạo ra một máy khác, Router chấp nhận trách nhiệm chuyển các gói. Mục đích của ARP uỷ quyền là cho phép một khu vực sử dụng một địa chỉ mạng với nhiều địa chỉ vật lý. Như hình 1.10 ARP uỷ quyền cho phép một địa chỉ mạng được chia sẻ giữa hai mạng vật lý. Router R trả lời cho các yêu cầu ARP ở mỗi mạng cho các Hosts ở các mạng khác bằng cách đưa ra địa chỉ vật lý của nó và sau đó nó sẽ chuyển tiếp các gói khi nó nhận được. Router R biết máy nào nằm ở mạng vật lý nào và dùng ARP uỷ quyền để tạo ra ảo giác rằng chỉ có một mạng tồn tại. Để làm được việc đó R lưu giữ vị trí của các Hosts và cho phép tất cả các Hosts H3 Main Network Router Vũ Khoa ĐH1 K40 TTT4 H2 20 H4 H5 Hidden Network