Luận văn nghiên cứu một số dạng lỗ hổng bảo mật công cụ phát hiện chúng và Ứng dụng Để kiểm thử an ninh trên trang web truongnha com

Các phương pháp nảy được chia thành han loại chỉnh: loại thứ nhất là c¡ 0 phương, pháp thực hiện che dấu sự mắt gói số liệu không phải do the nghén, lam cho các đường truyền chất lượng

ĐẠI HỌC QUỐC GIÁ HÀ NỘI 'TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYEN HONG MANH

Nghiên cứu đánh giá hiệu suất giao thức SCTP

LUAN VAN THAC Si CONG NGHE THONG TIN

TIA NOI - 2006

'TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYEN HONG MANH

Nghiên cứu đánh giá hiệu suất giao thức SCTP

Mã số ¡ 1.01.10

LUẬN VĂN THẠC SỈ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Dình Việt

HA NOI - 2006

QCHƯỜNG 1: GIỚI THIẾU CHUNG 11

1.1.2 Kiên trúc ‘mang - 18

1.1.3 Nguyên tắc tổ chức và trao đối số liệu 14

1.2.1 Kiến trúc mang Internet - 16 1.2.2 Mê hình tham chiếu ISO OST - 16 1.2.3 Ma hinh SNA (Systems Netword Archilecuure) 18 1.2.4 Bộ giao thức TCP/TP 20 CIIVONG 2 GIAO TIHUC TRAO BOI S6 LIEU 22

2.1 Một số khái niệm về giao thức trao dỗi số liệu - 22

2.4 Giao thức truyền tải thời gian thuc R'IP (Realtime ‘Iransfer Protocol) 28

2.3.1 Hạn chế của TCP - 31 2.5.2 Han ché ea UDP - 32 2.3.3 Han chế của RTP - - 33

2.5.4 Yêu cầu cụ thể của giao tức mới 33

CIIVONG 3: GIAO TIUC SCTP (STREAM CONTROL TRANSMISSION

3.1 Lịch sử và mục dich phat trién giao thite SCIP 34

3.4 SCTP, TCP va UDP - Nhiing diễm giống và khác biệt gi

3.5 SCTP- Giao thức vận chuyển dữ liệu của lương lai

CHUONG 4: DANH GIA HIEU SUAT

CUA GIAO THUG

4.1.4 Các phương pháp đánh giá hiệu suất

4.2 So sánh các phương pháp đánh giá hiệu suất |2|

4.3 Bộ mồ phỏng mạng NS-2 (Network Simulator 2)

4.3.1 Giới thiệu bộ mỗ phống NS-2

4.3.2 Cầu trúc N8-2

4.3.3 Mô phông giao thức SCTP bing NS-2

CHƯƠNG 5 KÉT QUÁ ĐẢNH GIÁ THEU SUÁT

5.1 Mê phỏng đánh giá hiệu suất giao thức SCTP

5.4.1 Đánh giá thông lượng chuẩn hoá của giao thức SCTP

3.4.2 Khả năng chịu lỗi của SCTP khi không chia sẽ đường truyền

PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

TÀI LIỆU THAM KHAO

BANG DANH MUC CAC TU VIRT TAT

HOLB Head-ol-line Blocking

HTTP Hypertext Transler Protocol

IGEE Institute of Electrical and Electronic Engineers

IRTF Internet Engineering Task Force

ISO International Standards Organization

MMDTP Multi-Network Datagram Transmission Protocal

MIP Message transfer park

M3UA MITP3 user adaptation layer

OSI Open Systems Interconnection

Qos Quality of Service

RIP Real Time Protocol

RUTS Requirements lor Univast Transport/Scssion

scTPe Stream Control Transport Protocol

SLIM Support for Lots of Unicast Multiplexed Sessions SHA-1 Secure Hash Standard 1

SIP Session Initiation Protocal

SMIP Simple Mail Transport Protocol

S87 Signaling System #7

ssthresh Slow Start Threshold

SUA SCCP User Adaptation Layer

TCB Transmission Control Block

TCP Transmission Control Protocol

Www World Wide Web

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU

Tình 1.1 Các thành phần mang may tinh

Tình 1.2 Mô hinh 1SO-OSI

Hình l3 Mô hình SNA

Hinh 1.4 Bộ giao thức trên mạng Internet

Hình 2.1 Gói số liệu IP với phần tiêu dé id

Hình 2.2 Cấu trúc gói sô liệu IP

Hinh 2.3 Thiết lập kết nối

Hình 3.5 Cấu trúc gói tin SCTP

Tình 3.6 Tiểu để gói tin SCTP

Hình 3.7 Câu trúc chunk của SCTP

Hình 3.8 Các trường con cia chunk Payload Data

Tlinh 3.9 Cu trac chunk INIT

Hình 3.10 Cấu trúc của RAOK:

Tình 3.11 ví dụ về SACK báo nhận lỗi

Hình 3.12 Câu trúc chunk HEARTBEAT

Tĩnh 3.13 Luu dé trang thai SCTP

Hình 3.14 Thiết lập kết nối SCIP

Hình 3.15 Kết thúc kết nối SCTP

Hình 3.16 Kết nổi của SŒTP (hình 1)

Tinh 3.17 Kết nếi của SCTP (hình 2)

Hình 3.18 Kết nếi của SŒIP và TỢP

Tĩình 3.19 Thiết lập kết nỗi cla SCTP va TCP

4

64

65

Hình 5.4 Dỗ thị thăng giáng độ trễ gói tin SCTP và TCP theo tỉ lệ lỗi 85

Hình 5.5 ĐỒ thị thông lượng của SCTP và TCP khi chia sẻ chung dường

TRnh 5.6 Bd thi théng lượng của SŒTP và TCP khi 4 kết nếi 87 Hình 5.7 Đồ thị thăng giảng dộ trể gói tin cla TCP va SC'TP khi chia sé chung

Hình 5.8 Ảnh hưởng của đa địa chỉ đối với thông lượng của SCTP và TCP 89

Bang 3.1 So sanh chức năng của SCTP dối với TCP va UDP 68

Bảng 5.1 Các tham số của mô hình mô phỏng 80

Bang 5.2 Thông lượng chuẩn hoá theo thời gian mô phông, 82

Bảng 5.3 Thông lượng của SŒTP và TCP theo tỉ lệ lỗi #4

Bảng 5.4 Thăng giáng dộ trễ gói tin của SCTP va TCP theo tỉ lệ lỗi 85

Bang 5.5 Thông lượng chuẩn hoá của SCTP và TCP khi chia sé chung đường

Bang 5.6 5 Thing lượng chuẩn hoá của 4 kết nổi 87

Bang 5.7 Thing giáng độ trễ của SCTP và TCP khi chia sé chung ing

MO DAU

Thể kỷ 21 đang chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của Công nghệ thông tin, sự hội tụ của Công nghệ thông tin với viễn thông cũng như sự phát

triển của mạng thông tin máy Lính toàn cầu IntemetL

Mạng Internet đã ra đời và phát triển hơn 30 năm qua Hiện nay,

Internet đã mở rộng thành một liên mạng trên phạm vi toản cầu, là mạng của

tất cả các mạng vả dược coi là cơ sở hạ tầng truyền thông của xã hội loài

người hiện nay và tương lai Internet đã trở thành một thước đo đánh giá sự

phát triển của một quốc gia, của một khu vực, thâm nhập vào cdc céng sé,

trường học, khách sạn Với Internet, con người có thể liên lạc với nhau dủ ở tắt cứ nơi nào trên trái đất, miễn là nơi đó có mạng được kết nối với mạng

Internet Và thông qua Inlcmet, khoảng cách dường như thu hợp lại

Hộ giao thức ICP/IP được sử dụng ngay từ những ngày đầu tiên và giữ

vai trở quyết định đổi với sự hoạt động của mạng TCP hoạt động tốt trong các mạng truyền thông sử dụng đường truyền có dây với tỉ suất lỗi bít thấn,

tin cậy va các máy tỉnh nổi mạng cố định Tếi với các mạng như vậy, việc

mất gói số liệu đối với TCP lả một tín hiệu bảo Lắc nghẽn đã xẩy ra và nó sẽ

phan img bing cách giảm lưu lượng dua vao mang

Tuy nhiên, trong những năm gần đây, củng với sự phát triển của các

công nghệ mạng, hàng loạt các ứng dụng mới sử dựng TnternctL như truyền số

liệu video, điện thoại IP (IP telephony), hội tháo tử xa (teleconferencing), hoc

từ xa Các ứng dụng nảy yêu cầu sử dụng môi trường truyền thông có tính

liên tục và yêu cầu chất lượng truyền tải dữ liệu khác với các ứng dụng truyền thống (email, Web ) Các ứng dụng nảy có thể lưu trữ đữ liệu tại các server

và người dùng phải tải về rồi bắt đầu sử dụng, hay truyền thông ầm thanh va hình ảnh có thể tương tác thời gian thực (real-time interactive audio and

video) Các ứng dụng này đỏi hỏi việc truyền thông tin đa phương tiện phải

đáp ứng trong thời gian thực và độ trễ cũng như thăng giáng độ trễ (iiLer)

thông Un phải nhỏ Đổi với gáo ứng dụng như vậy, việc sử dụng giao thức

TCP đạt hiệu quả thấp, không đáp ứng dược sự yêu cầu

Ngoài ra, thực tế cũng yêu cầu cần phải mở rộng Internet, cho phép kết

nỗi các mạng khác nhau vào Internet và sử đụng nhiều loại môi trường truyền

với các đặc tỉnh rất khác nhau về độ trễ lan truyền, lỗi truyền, băng thông Giao thức TCP phản ứng với sự mắt gói tin do chất lượng đường truyền xấu

piống như phản ứng với hiện tượng tắc nghẽn, dỏ lá piẩm lưu lượng đưa vào

mạng [4] Phân ứng như vậy rõ ràng là không thích hợp và làm cho hiệu suất

của TCP bị giảm rất Irầm trọng

ĐỀ cải thiện điển này, có hai hướng Hướng thứ nhất là đề xuất vả áp dụng nhiều phương pháp khác nhau để cải thiện hiệu suất của TCP Các

phương pháp nảy được chia thành han loại chỉnh: loại thứ nhất là c¡ 0 phương,

pháp thực hiện che dấu sự mắt gói số liệu không phải do the nghén, lam cho

các đường truyền chất lượng km thể hiện ra Irước bên gửi như một đường truyền tốt nhưng với thông lượng cỏ thể nhỏ hơn|7|; loại thứ hai bao gầm gác

phương pháp cải tiến giao thức TCP bằng một số cơ chế, làm cho bên gửi có

khả năng phân biệt được nguyên nhân gây ra mất gói số liệu, nhờ đó tránh

được sai lâm làm giảm hiệu suất của TCP [2] Ban chất của phương pháp nảy

là không thực hiện thuật toán tránh tác nghến khi không xây ra tắc nghẽn

Tuy nhiên, các ứng dụng mới xuất hiện dỏi hỏi độ tín cây nhưng không

nhất thiết phải đảm bảo tính tuần tự của toàn bộ khối lượng dữ liệu truyền tải

nà thường chỉ yêu cầu đảm bảo tỉnh tuần tự trong từng phần của đữ liệu Sự

dam bao tuần tự dữ liệu toàn bộ của TƠP có thể làm tăng dộ trễ của dữ liệu

khi truyền tải (như lỗi IIOLIB) Ngoài ra, TCP không có cơ chế dự phòng về

đường truyền, nếu đường Iruyễn bị “đứt”, kết nối sẽ kết thúc, do vậy khó đảm bảo tính sẵn sảng, trong khi đó dây lại lả một yêu cầu bắt buộc của các ứng,

dụng nảy

Chính vì thế, hưởng thứ hai là xây dựng giáo thức mới hoàn toàn, tiếp

thu các kinh nghiêm xây dựng từ các giao thức trước, bao gồm cả ICP va

UDP Giao thitc moi sẽ đáp ứng các yêu cầu truyền dữ liệu với các ứng dụng

§

đa phương tiện, ứng dụng thời gian thực hiện nay và các ứng dụng khác trong

tương lai với hiểu suất cao nhất có thé Mot trong các giao thức dược xây

đụng theo hướng trên là SCTP (Stream Control Transmission Protocol)

Thang 10/2000, SCTP dược chính thức đề xuất làm một giao thức

chuẩn hoá bang tai ligu RFC 2960 (Request for comment) Tuy nhiên, tại Việt

Nam, SCTP vẫn chưa được nghiên cứu đánh giá một cách đầy đủ vả cơ ban,

cổng như khả năng ứng dụng vảo trong thực tiễn Đây là lý do mả chúng tôi

chọn để tải “Nghiên cứu và đánh giá hiệu suất giao thức SCTP”

Mục tiêu chính của luận văn này là cung gấp một cái nhìn toàn diện về

giao thức SCTP với những đánh giá và so sánh SC'TP với các giao thức truyền

tải số liệu đang được sử dụng rộng rãi trên mạng như TCP, UDP, một số đánh

giá bước đầu về hiệu suất giao thức SŒTP và khá năng ứng dụng của SCTP

trong thực tế

Luận văn nảy bao gồm phần mở đầu, 5 chương và kết luận, với nội dung các chương được trình bẩy tôm tắt dưới dây

Chương l, trình bầy tổng quan về lịch sử hình thành, kiển trúc, nguyên

tắc tổ chức và trao đổi số liệu của mạng mày tỉnh, các mô hình tham chiếu của

mang may tinh

Chuong 2, trinh bay các khái niệm cơ bản về giao thức trao đổi số liệu,

các giao thức trao dỗi số liệu phổ biển của mạng Intcrmet là TCP, UP và

RTP, hạn chế của các giao thức này trong, truyền tải tín hiệu điện thoại, din

đến việc cần xây dựng giao thức mới đáp ứng và các yêu câu cụ thể của giao

thức mới nảy

Chương 3, trình bầy về lịch sử hình thành, đặc tả giao thức SCTP, cầu

trúc gói lin, kiểm soát lỗi và điều khiển tắc nghẽn, đảm bảo an ninh cla SCTP các điểm giống và khác của S§ŒIP với các giao thức trao đổi số liệu

khác, nhất là so sánh với TCP

Chương 4, trình bẫy về đánh giá hiệu suất giao thức, cáo phương pháp

đánh giá hiệu suất, giới thiêu về bô mô phông N§-2 và khả năng của bộ mồ

phông NS-2 trong việc mô phỏng giao thức SCTP

9

Chương 5, trình bẫy việu thực hiện mô phỏng giao thức SCTP: cấu

hình mạng mô phỏng, xác định thông lượng chuẩn hoá của giao thức, sơ sảnh

với TCP về khả năng truyền tải dữ liệu và khắc phục lỗi, các kết luận rút ra từ

các kết quả này

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Khái quát về mang máy tính

1.1.1 Lịch sử hình thành mạng máy tỉnh

Vào giữa những năm 50, khi những thế hệ máy tính dầu tiên dược dưa

vào hoạt động thực tế, chúng sử dụng đẻn điện tử, có kích thước rat công

kênh và tốn nhiều năng lượng Vào thời điểm đỏ, việc nhập dữ liệu vào các

máy tính được thông qua các tâm bia mả người viết chương trình đã đục lỗ

sẵn Sau một thời gian các thế hệ máy mới được đưa vào hoạt động trong đó

một máy tính trưng tâm có thể dược nỗi với nhiều thiết bị vào ra (I/O), qua đó

nó có thể thực hiện liên tục hết chương trình này đến chương trình khác

Củng với sự phát triển của những ứng dụng trên máy tính, các phương

pháp nâng cao khả năng giao tiếp với máy tỉnh trung tâm cũng đã dược dầu tư

nghiên cứu rất nhiều Vào giữa những năm 60 một số nhà chế tạo máy tỉnh đã

nghiên cứu thành công những thiết bị truy cập từ xa tới máy tính của họ Một

trong những phương pháp thâm nhập từ xa được thực hiện bằng việc cài dặt

một thiết bị đần cuối ở một vị trí cách xa trung tâm tính toán, thiết bị đầu cuối

này được liên kết với trưng tâm bä g việc sử dụng đường đây điện thoại và

với hai thiết bị xứ lý tín hiệu (thưởng goi là Modem) gắn ở hai đầu Việc liên

kết từ xa đó có thể thực hiện qua những vùng khác nhau và đó là những dạng

đầu tiên của hệ thống mạng,

Vào giữa những năm 1970, các thiết bị đầu cuối sử dụng những phương

pháp liên kết qua đường cáp nằm trong một khu vực đã được ra đời Với

những ưu điểm tử nâng cao tốc độ truyền đữ liêu và qua đó kết hợp được khả ning tinh toán của các máy tính lại với nhau Dễ thực hiện việc nâng cao khả

năng tính toán với nhiều may tinh, các nha sin x đầu xây dựng cáo

mạng phức tạp Vào những năm 1980 các hệ thông đường truyền tốc độ cao

đã được thiết lập ở Bắc Mỹ và Châu Âu và từ đó cũng xuất hiện các nhà cung

cấp các dịnh vụ truyền thông với những dường truyền có tốc độ cao hơn nhiều

lân so với đường dây điện thoại Với những chỉ phí thuê bao chấp nhận được,

người ta oó thể sử dụng được các đường truyền này để liên kết máy tính lại với nhau và bắt dầu hinh thánh các mạng máy tính một cách rộng khắp,

Năm 1974 công ty IBMI đã giới thiệu một loạt các thiết bị đầu cuối

dược chế tạo cho lĩnh vực ngân hàng và thương mại, thông qua các dây cáp

mạng, các thiết bị đầu cuỗi có thể truy cập củng một lúc vào một máy tính dùng chung Từ đó việc nghiên cứu khả năng sử dụng chung môi trưởng

truyền thông và các tải nguyên của các máy tính nhanh chóng được dẫu từ

Năm 1977, công ty Datapoint Corporation da bat đầu bán hệ điều hành

mạng của mình lA "Attached Resource Computer Network" (hay gọi tất là

Arenet) ra thị trường Mạng Arcnet cho phép liên kết các máy tính vả các

trạm đầu cuối lại bằng day cáp mạng, qua đó đã trở thành hệ điều hành mạng

cục bộ đầu tiên Từ đó đến nay đã có rấL nhiều công ty dua ra vac san phẩm

của minh, đặc biệt khi các máy tính cá nhần được sử dụng một cách rộng rãi

Khi số lượng máy vi tinh trong một văn phòng hay cơ quan được tăng lên nhanh chóng thì việc kết nối chúng trứ nên vỗ cùng cần thiết và số mang lại

nhiều hiệu quả cho người sử dụng

Ngày nay các hoại động của con người tạo ra một lượng rất lớn thông

tin, dẫn đến nhu cầu lưu trữ, vận chuyển và xử lý thông tin ngày cảng cao

Mang xnáy tính hiện nay trở nên quá quen thuộc đối với chúng ta, trong mọi

lĩnh vực như khoa học, quân sự, quốc phỏng, thương mại, địch vụ, giáo dục

ở nhiều nơi mạng đã trở thành một nhu cầu không thể thiếu được

Với nhu cầu đỏi hồi ngày càng cao của xã hội, các vấn đề kỹ thuật mạng lả những mỗi quan tâm hàng dầu của các nhà khoa học Ví dụ như làm

thế nào để truy xuất thông tin một cách nhanh chóng và tối ưu nhất, trong khi

việc vận chuyển lượng thông tin quá lớn trên mạng đổi khi có thể làm tắc nghẽn mạng vả gầy ra mắt thông tin một cach đáng tiếc

Hiện nay việc làm sao có được một hệ thống mạng chạy thật tốt, thật an

toàn với lợi ích kinh tế cao đang rất được quan lâm Một vẫn đề đặt ra có rất

nhiễu giải pháp về công nghệ, một giải pháp có rất nhiều yếu tố cấu thành,

trong mỗi yếu tố có nhiêu cách lựa chọn Như vậy để đưa ra một giải pháp

12

hoàn chỉnh, phủ hợp thì phải trải qua một quá trình phân tích, đánh giá, so

sánh và chọn lọc dựa trên những ưu điểm của từng yếu tố, từng chỉ tiết rất

nhỏ Dễ giải quyết một vấn đề phải đựa trên những yêu cầu đặt ra và đựa trên

công nghệ để giải quyếL Nhưng công nghệ cao nhất chưa chắc đã là công

nghệ tốt nhất, mà công nghệ tốt nhất là công nghệ phù hợp nhất

1.1.2 Kiến trúc mạng

Mạng máy tỉnh lả tập hợp từ hai hay nhiều máy tính dược kết nói vật lý

với nhau, thông qua các thiết bị mạng và thiết bị chuyển mạch [1], có thể mô

Có thể chia các thiết bị thành các loại thiết bị sau

Thiết bị đầu suối là các thiết bị tính toán (máy lính cả nhân, vừa và

lớn), các thiết đầu cuối thông minh hoặc không thông minh làm nhiệm vụ tính

toán, xử lý, trao đối dữ liệu và giao điện người đùng,

Các thiết bị kết nối mạng, gồm các thiết bị chuyển mạch, dồn/tách kênh, các bộ tập trung Các thiết bị chuyển mạch thực hiện việc chuyển tiếp

số liệu chính xác giữa các thiết bị cuối được kết nối trong mạng Các thiết bị

dẳn/tách kênh thực hiện việc kết nối nhiều thiết bị dầu cuối có tốc độ trao dỗi

13

dữ liệu thấp trên cùng một đường truyền có dung lượng sao Các bộ tập trung

thực hiện

nối các thiết bị cuỗi "không thông mình"

Hệ thống truyền dẫn, bao gầm hệ thống truyền dẫn có đây và không,

đây (vô tuyển), kết nói vật lý các thiết bị mạng với các thiết bị cuỗi Số liệu

của các ứng dụng được truyền đưới dạng tì hiệu điện trên hệ thống truyền

dẫn

Có các hình thức kết nói là kết nối diễm-diễm và kết nỗi diễm-da điểm

(kết nỗi quảng bá)

1.1.3 Nguyên tắc tổ chức và trao đổi số liệu

Để đơn giản việc trao đổi số liêu giữa các ứng dụng trong hệ thống

mang, hệ thống được phân chia thành các mức chức năng nhỏ, có phân cấp,

độc lập và dua vào nhau, có tác dụng tương hỗ cho nhau Nguyên lắc tổ chức nay cho phép giảm độ phức tạp thiết kế và thực hiện hệ thống thông qua việc xáu định các mức chức năng cấu thành hệ thống va giao diện giữa các mức

chức năng dó mả không quy định bắt buộc phải thực hiện các chức năng dó

như thế nào Nguyên tắc này cho phép thực hiện việc kết nối mở các hệ thống

không đồng nhất, nghĩa là các hệ thống có kiến trúc phần cứng, phần mềm hệ

thống và cầu trúc số liệu không giỗng nhan Mô hình 7 mức ISO/OSI là mô hình kết nối mở các hệ thống tính toán được xây dựng trên nguyên tắc phân mức chức năng như vậy

Có thể định nghiã kiến trúc mạng thông tin máy tính như sau:

Kiến trúc mạng thông tin máy tỉnh là một tập hợp các mức chức năng

tạo thành hệ thông mạng và các gìao thức trao dỗi sô liệu giữa các mức chức

năng tương ứng.[Ì]

Số liệu của các ứng dụng trao đổi trong mạng được tổ chức thành các

gói có độ dài thay đổi và được trao đổi thông qua các mức chức năng cấu

thành hệ thống Ở mỗi mức, các gói tin nảy sẽ được thêm các số liệu điều

khiển thích hợp của mức đó Quy định về cấu trúc gói số liệu và cách thức trao đối số liệu ở một mức chức năng được gọi là giao thức trao đổi số liệu ở

mức chức năng đó

Trong quá trình phát, số liệu của một ứng dụng được chuyển lần lượt

qua ác mức chức năng tử cao xuống thấp, cho đến mức kết nỗi vật lý và

được chuyển tiếp trong hệ thống truyền dẫn đến hệ thống đích Khi chuyển từ

một mức chức năng nảy sang mội mức chức năng khác, số liệu được bao gói

vả thêm vảo các số liệu điều khiển ở mức chức năng tương (mg Quá trình

nhận số liệu ở hệ thống đích diễn ra ngược lại, ở mỗi mức, dữ liệu sẽ được

bóc các thông tin điều khiển của mức đó trước khi dược gửi tiếp lên mức trên

1.1.4 Một số mạng máy tỉnh tiêu biểu

1.1.4.1 Mạng diện rộng WAN

Mạng APARNHT được nghiên cửu, thiết kế và thực hiện từ cuối những,

năm 1960 tại đại học Berkely, bang Califonia, Mỹ, trong khuôn khổ một

chương trình nghiên cứu của Bộ quốc phòng Mỹ lả tiền than cua mang

Internet hiên nay Bộ giao thức trao đối số liêu là ICĐ/IP và các giao thức hỗ

trợ img dung 14 SMTP, FTP va Telnet

Mang X25 14 mang thông tin máy tỉnh diện rộng hoạt đồng trên cư sở

công nghệ chuyển mạch gói, được img dung rộng rãi trong dịch vụ số liệu

công công ử các nước Tây Âu trong những năm 70 X25 góỏ kiến trúc 3 mức

với các giao thức trao đối sô liệu là X.21, HDLC

Một số mạng máy tỉnh lớn của các công ty như SNA của IBM, DECnet

cla Digital Equipment Co, TRANSDATA cla STIEMENTS

1.1.4.2 Mạng cục bộ LAN

Một trong các mạng cục bộ kết nếi các máy tính cá nhân PC được dùng

dầu tiên vào giữa những năm 80 là mạng PC-Network của IBM, hoạt dộng

trên cơ sở công nghệ mạng CSMA/CD PC-Networl được ứng đụng chủ yếu

trong lĩnh vực tự động hoá văn phỏng, hỗ trợ việc quản lý lập trung và sử dụng chung hệ thông tếp cũng như các tải nguyên khác của mạng,

Một số mạng PC tiêu biểu khác là Netware của Nouvell, AppleTalk cia

Apple va Workgroup cua Microsoll, mang MAP ciia General Motors Cac

công nghệ mạng cục bô tiêu chuẩn được sử dụng nhiều nhất là công nghệ

mang CSMA/CD va Token Ring

1.2 Mang Internet

Tiền thân của mạng Tnternot lả mạng diện rồng APARNET, dược xây

dung va phat triển dựa trên công nghệ chuyển mạch gói phục vụ nghiên cứu

của Bộ Quốc phòng Mỹ giữa những năm 60 của thế ký 20 Ngày nay, Internet

đã trở thành mạng của các mạng thông tin máy tỉnh toàn cầu, được kết nổi với

nhau dựa trên bộ giao thức trao đổi số ligu TCP/IP (Transmission Control

rotacol/Intemet Protocol), đáp ứng hầu hết các dịch vụ thông tin liên lạc của

xã hội và sẽ trở thành hạ ting thông tin liên lạc của xã hội thông tin tương lai

1.2.1 Kiển trúc mang Internet

Được thiết kế dựa trên các thành quả nghiên cứu của các mạng máy

tính trước đó, Internet do vậy có kiến trúc phân tầng, hay còn gọi là mức hoặc

lớp, mỗi tầng được xây dựng dựa trên lầng bên dưới nó Việc phân tầng không những cho phép giảm độ phức tạp thiết kế và thưc hiện hệ thống mà còn cho phép thực hiện việc kết nỗi mở vác hệ thống không đồng nhất khác Trong các mạng khác nhau, số Lằng, tên các tằng, nội dung và chức năng của

các ting có thế khác nhau, tuy nhiên, mục dich của mỗi tằng là sử dụng các

dịch vụ do các tầng bên dưới cung cắp, để cung cấp những dịch vụ nhất định

cho các ting cao hơn, sao cho các ting này khi sử dụng các dịch vụ của nó,

không cần quan tâm tới các thao tác chỉ tiết mà các địch vụ phải thực hiện

ác mạng máy tính khác nhau có thể truyền thông cho nhau, cần

phải tuân theo các chuẩn, hay còn gọi là các mô hinh tham chiếu

1.2.2 Mô hình tham chiếu ISO O81

Mô hình tham chiếu ISO/OSI do tổ chức Tiêu chuẩn quốc tế ISO

(Imtemation Standard Organization) đưa ra năm 1953 Đây là bước tiến đầu

tiên Lới sự chuẩn hoá quốc tế các giao thức khác nhau về truyền thông, giúp

cho việc kết nối các hệ thống khác nhau dễ dàng hơn nếu các hệ thông này

cũng tuân theo chuẩn Mô hình này có 7 tầng, với chức năng từng tầng cy thé như sau

Presentation | >» Presentation PPDU

‘Transport, }}-————+ ‘Transport "DU

Network |J®&—————————Y Neiwork Packet

Datalick | }«#——-+ _ Datalink Frame

Physical ‘Isansport medium

Hinh 1.2 Mé hinh ISO-OSL

Ting vat ly (Physical layer): là tầng co nhiém vu tao các kết nổi về mặt

vật lý như ghép nỗi cơ khi, điện, gác giao thức để khởi tạo, kết thúc các lên kết vật lý giữa các thiết bị truyền thông Tầng này lam nhiệm vụ truyền dòng

bit giữa các máy bằng kênh truyền vật lý, không xét đến ý nghĩa vả cu trúc

của dong bit

Tầng liên kết dữ liệu (data link layer): là tầng có nhiệm vụ thiết lập, duy trì, huỷ bỏ các liên kết đữ liệu, kiểm soát lỗi truyền, điều khiển luu lượng, điều khiển truy cập môi trường đường truyền

Tầng mạng (Network layer): là tầng có nhiệm vụ định tuyến, giao tiếp

giữa các mạng va điều khiển tắc nghến

Tầng giao vận (Transport laycr): là tầng cỏ nhiễm vụ thực hiện viện truyền tin, điều khiển lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn kiểu đầu cuối - đầu

cuối, thực hiện ghép kênh và phân kênh

Tầng phiển (Bession layer): là tầng có nhiệm vụ tổ chức và đẳng bộ việc trao đổi dữ liệu giữa các tiến trình ứng đựng, thiết lập, duy trì, huỷ bổ,

đẳng bộ uáo phiên truyền thông, đăng nhập từ xa vào những hệ thống chia sé

thời gian,

Tầng trình điễn dữ liệu (presentation layer): là tằng cỏ nhiệm vụ giải

quyết các vấn dề liên quan dến cú pháp và ngữ nghĩa của thông tin dược

truyền, giúp các máy tính khác nhau sử dụng các biểu diễn dữ liệu khác nhau

17

có thể truyền thông với nhau, thực hiện các địch vụ như nén hoặc mš hoà dữ

liệu

Tầng {mg dụng (application layer): là tầng cuối cùng trong mô hình bay

tầng O8I, có nhiễm vu tao ra giao điên thuận tiện giữa người sử dụng và mỗi

trường truyén tin, cung cấp các dich vụ hỗ trợ cho các ứng dụng không thuộc

mé hinh OSI nhu email, ftp, WWW

Quá trình truyền đữ liêu trong mô hình OS[ dược thực hiển thông qua

các tầng, từ tầng cao nhất đến tầng thấp nhất trong quá trình gửi và ngược lại

trong quá trình nhận Mỗi khi đi qua một tầng, gói lim sẽ được thêm hay bớt đi

phần thông tin của tầng (được gọi là header) trước khi gửi đến tầng khác

Tầng nào phát hiện ra lỗi thì yêu cầu phát lại ngay tại tầng đó

1.2.3 Mô hinh SNA (Syslems NeUword Arehiteeturc)

Tháng 9/1973, Hãng 1BM giới thiệu kiến tric mang méy tinh SNA

(System Network Archileouure) Tuy nhiên, SMA không phải là một chuẩn

quốc tẾ chính thức như OSI nhưng do vai trò to lớn của hãng TBMI trên thị

trường công nghệ thông tin nén SNA trở thành một loại chuẩn thực tế và khá

phố biến SNA là một đặc tä gồm rất nhiều tài liệu mô tá kiến trúc oủa mạng

xử lý dữ liệu phân tán Nó định nghĩa các quy tắc và các giao thức cho sự tương tác giữa các thành phần (máy tỉnh, trạm cuối, phần mềm) trong mạng

SNA dược tổ chức xưng quanh khải niệm miễn (đomain) Một SMA domain

là một điểm điều khiển các dich vy hé thang (Systems Services control point -

SSCP) và nó sẽ điều khiển tất cä các tài nguyên đó Các tài nguyên ở đây có thể lả các đơn vị vật lý, các dơn vị logic, các liên kết dữ liệu và các thiết bị

Có thể ví SSCP như là "trái tím và khối óe" của SNA Nó điều khién SNA

domain bằng cách gửi các lệnh tới một đơn vị vật lý, đơn vị vật lý này sau khi

nhận được lệnh sẽ quản lý tắt cả các tải nguyên trực tiếp với nó

Mạng SNA đựa trên cơ chế phân tầng, trước đây 2 hệ thống ngang

hàng không được trao đổi trực tiếp Sau này SNA phát triển thành SNA mở rộng: hai tầng ngang hàng có thể trao đổi trực tiếp Với 6 tầng có tên gọi và

chức năng như sau

SNA OST

Tragection Services Applicatien

Presenuation Serviegs Presemtazum

Physical Physical

Hinh 1.3 Mé6 hinh SNA

Tầng quản tri chi: ning SNA (SNA Function Management), thyc té gồm hai ting

- Tang dich vu giao tac (Transaction) cung cấp các dịch vụ ứng dụng

đến người dùng Tầng này oũng cung cấp các dich vụ cầu hình, các địch vụ

quan ly dé điều khiển các hoạt động mạng

- Ting dich vụ trình điển (Presentation Services): lién quan téi sự hién

thị các ứng dựng, người sử dụng dầu cuối và các đữ liệu hệ thống Tầng nay

cũng định nghĩa các giao thức cho việc truyền thông giữa các chương trinh và

điều khiển truyền thông ở mức hội thoại

Tầng kiểm soát luồng dữ liệu (Data flow control): cung cấp các dịch vụ

điều khiển luéng lưu thông cho các phiên từ đơn vị logic nay đến đơn vị logic

khác (LU - LU) Nó thực hiện điều này bằng cách gán các số trình tự, các yêu

cầu vả đáp ứng, thực hiện các giao thức yêu cầu về dáp ứng giao dịch va hop

tác giữa các giao địch gởi và nhận

Tầng kiểm soát truyền (Transmission contro]): cung cấp các chức năng

điều khiển cơ bản các phần tài nguyên truyền trong mang, bằng cách xác định

số trình tự nhận được và quần lý việc theo đối mức phiên Tầng này cũng hỗ trợ cho việc mã hóa dữ liệu và cung cấp hệ thống hỗ trợ cho các nút ngoại vi

Tầng kiểm soát đường dẫn (Path control): cung cấp các giao thức dé

tìm đường cho một gói lin qua mạng SNA và để kết nối với cdc mang SNA khác, đẳng thời nó cũng kiểm soát các đường truyền nảy.

Tầng điều khiến liên kết dữ liệu (Datx Link Control): cung cấp các giao

thức cho việc truyền các pỏi tin thông qua đường truyền vat ly gitta hai node

vả cũng cung cấp các điều khiển lưu thông và phục hồi lỗi, các hỗ trợ cho

tầng này là ác giao thức SIDT.C, Systcm/370, X25, TEEE 802.2 và 802.5

Tầng kiếm soát vật lý (Physical control): cung cấp một giao điện vật ly với bất cứ môi trường truyền thông nảo Tầng này định nghĩa các đặc trưng

của tín hiệu cần dễ thiết lập, duy trì và kết thúc các đường nỗi vật lý cho việc

hỗ trợ kết nối

1.2.4 Bộ giao thức TCP/TP

Hộ giao thie TCP/IP là một trong những thành phần cơ bản nhất tạo

niên mạng Internet Tương tự như mô hình tham chiếu 1SO/OSI, bộ giao Thức

trao đổi số liệu số liệu Internct bao gồm hai phần chính: các giao thức tạo

thành hệ thống truyền dẫn và các giao thức hỗ trợ ứng dung

Khác với mô hinh ISO/OSI, mire liên kết mang Internet sit dung giao

thức kết nối mạng kiểu "không hướng nối" (comncclonless) IP (InlemetL

Protocol), tạo thành hạt nhân hoạt động của hệ thống truyện din Internet

‘Mire nay sit dung cáo thuật toán định tuyến RIP, OSEP, BGP Giao thức IP

cho phép kết nối một cách mềm dẻo và linh hoạt các loại mạng "vật lý" khác

nhau như Ethernet, Token Ring, X25 Về bản chất, TP lả một mức chức năng

mới, mức liên mạng, bao trùm lên mức mạng

Giao thức trao đổi số liệu “hướng kết nổi” TCP được sử dụng ở mức

số liệu dựa

vận chuyển để đăm báo tỉnh chính xác vả tin cây cho việc trao dé

trên giao thức“không kết nối” IP ở mức liên mạng TCP tương ứng với các

chức năng của mức vận chuyển, cộng thêm một số chức năng của mức phiên

TP tương ứng với chức năng của mức mạng trong mô hình ISO/OSI Chỉ tiết

về giao thức TCP sẽ được trinh bẩy ở chương sau

Các giao thức hỗ trợ ứng dụng nhu FTP, telnet, WWW khéng chi

tíchhợp các địch vụ của các mức chức năng như mức phiên, mức thể hiện và

mức hỗ trợ ứng dựng trong một thực thể thống nhất mà còn được cài đặt ngày càng phổ biến như là một bộ phân câu thành của các hệ điều hành thông dụng,

nh UNIX, Windows

Trong chương tiếp theo, chúng ta sé 06 cái nhìn khái quát về giao thức

trao đối số liệu, là nên tảng của mạng thông tin toàn cầu Internet với hai giao

thie cy thé 14 TCP va UDP, cũng như giao thức truyền số liệu thời gian thực

RTP Các hạn chế của các giao thức trên khi dược sử dụng vào các ứng dụng

mới dẫn đến sự ra đời của các giao thức mới, một trong các giao thức mới đó

là 8CTP được chúng tôi nghiền cứu và trình bảy kỹ trong Luận văn này

21

CHUONG 2 GIAO THUC TRAO DOI SO LIEU

2.1 Một số khái niệm về giao thức trao đổi số liệu

- Cấu trúc khung gỏi số liệu, bao gồm: các số liệu đồng bộ và số lượng byte

Lương ứng; các số liệu điều khiển trong trường tiêu đề và số lượng byte tương từng; độ dài số liệu giao thức; quy tắc tính byte kiểm tra để báo vệ số liệu, phát hiện lỗi

- Phương thức trao đổi số liệu: hướng kết nói hoặc không kết nỗi

- Trình tự thủ tục để thiết lập việc truyền số liệu

- Phương thức phát hiện và xử lý lỗi truyền số liệu

2.1.2 Đặc tả và kiếm chứng giao thức

Đặc tả giao thức (Protocol specification): là xác định tật cả các yêu cầu

vỗ khuôn dang gói số liệu „ bao gồm cáo số liệu điều khiến cần thiết và số liệu

sứ dụng, cũng như phương thức trao đối số liệu, bao gồm trình tự và thời gian thực hiện tùng bước, xử lý với các sự kiện trong và ngoài hệ thống (ví dụ: lỗi

tran hộ đệm, lỗi dồng bộ tiến trình ) giữa các thực thể ở củng một mức chứ

năng Một số phương pháp đặc tả giao thức như phương pháp lưu đỗ trạng thái, sử đụng ngôn ngữ lập trình

Kiểm chime giao thite (Protocol verification) 14 hinh thize minh chứng,

tinh ding đắn của giao thức được đặc tả, bao gồm: trình tự thực hiện, tập hợp

đầy đủ trạng thái và lưu trình chuyển đổi trạng thái, không bị vòng quần, hoạt động én định Ngoài ra, kiểm chứng giao thức cần thiết chứng mình rằng các

thực thể tham gia trao đổi số liệu đáp ứng đầy đủ các yêu cầu mà đặc tả giao

thức nêu ra Có hai loại kiểm chứng giao thức

2

- Kiểm chứng thiết kế giao thức, (Protocol dosign vorilioation) nghĩa là kiểm chứng dặc tả giao thức một lần

- Kiểm chứng thực hiện giao thức (Protocol implementation verification) là

kiểm chứng với mỗi phiên bản thực hiện giao thức

Một số phương pháp kiểm chứng giao thức thường được sử dụng:

- Phương pháp "phân tích đạt tới “ cho các đặc tả giao thức sử dụng lưu đồ

thời gian và lưu đễ trạng thái

- Phương pháp "chứng mình chương trình" cho các đặc tả giao thức sử dựng

ngôn ngữ lập trình

'Irong phần tiếp theo, chúng †a sẽ tìm hiểu về hai giao thức truyễn số

liệu phổ biến trên mang Internet hién nay 14 TCP va UDE, giao thức truyền đữ

liệu thời gian thực RTP, những hạn chế của chứng trong việc đáp ứng c

dung mdi

2.2 Gian thite TCP (Transmission Control Protocol)

2.2.1 Giới thiệu TCP

TCP là giao thức trao đổi số liệu có kết nối, đâm bảo tin cậy và chính

xác giữu hai thực thể cuối trong mang TCP dim bảo

- Quản lý đúng số tuần tự tính theo byte của dòng đữ liệu

- Tối ưu hoá khả năng sử dụng dải thông của mạng bằng cách giảm sat va

điều khiển lưu lượng số liệu từ thực thể pửi dến thực thế nhận

TCP đảm báo trao đỗi số liệu tin cậy và chính xác giữa các thực thê đầu

cuối trong mạng nhờ các yêu tổ sau

« Đối thoại khi thu phát: Bên nhận phải thông báo cho bên gửi mỗi khi

nhận được một gói số liệu sau một khoảng thời gian nhất dinh Néu không, gỏi số liệu được coi là nhận sai hoặc bị mắt và được phát lại

+ Kiểm tra số liệu thu, phát: TCP được cải đặt các thuật toán kiểm tra số

liệu khi phát vả khi thu (nhờ trường checksum) Khi có sai sót trong,

trường này, bên thu sẽ thông báo cho bên nhận để phát lại

23

® Kiểm tra số tuần tự: Gói tin LCP khi xuống tầng dưởi có thể sẽ bị chia

cắt cho phù hợp, vì vậy bên nhận phải biết hợp các gói tin này theo

dũng tuần tự pháL

«Điều khiển lưu lượng: TCP có các thuật toán điểu khiển phát căn cứ

trên vùng dém thu, phát cũng như tình trạng đường truyền, nhờ vậy

tránh được tắc nghẽn trên đường truyền cũng như tối ưu hoá bing

thông đường truyền

2 2.2 Cầu trúc gói số liệu TCP

Cấu trúc gói tin TCP gồm phân tiêu đề TCP “gia” (Pseudo header TCP)

và gói số liệu TCP “thực” Phần tiêu để giả cần thiết cho việc xây dựng poi tin 1P, bao gồm các thông tin về địa chỉ IP nguồn, địa chỉ IP đích, số liệu thuộc

giao (hức TCP vả độ dài của gói số liệu TCP thực

TTP eta Segqrieni

24

` nghĩa của các trường trong gói lin TCP,

- Source/Mestination port number: Số hiệu công TƠP, củng với dia chi IP

nguồn và địa chỉ IP đích trong gói số liệu IP

- Sequence number: số tuần Lự phát, định danh byte dầu tiên cúa daL3 so với

byte đầu của đòng đữ liệu của thực thể gửi Giá trị ban đầu là ISN—I

Cnitial Sequence Number)

- Acknowledgement: Vi tri trong dễi của byte cuối cùng đã nhận đúng bởi

thực thể gửi gói ACK cộng thêm | Giá trị của trường này đúng khi bít cờ

ACK-1

- Data Offset: Khoảng cách tương đối của trường dữ liệu với phần tiêu đề

cia TCP tinh theo từ 32 bít

- Reserod — 0 : để dùng trong tương lai

- Flags: ¢6 6 bit cé trong phân tiêu để của TCP Giá trí cụ thể như sau:

a ƯRG —1: có sử đụng trường UzgenL pointer

ACK -1: truimg Ack ding

PSH =l: thực thể nhận được yêu cầu chuyển ngay segment này

RST ~1: Tái tạo kết nda; từ chỗi kết nối v.v

e SYN—1: đồng bộ trường số thứ tự, dùng để thiết lập kết nối TCP

ao

£ EIN=I: thông báo thực thể gửi đã kết thúc việc gửi số liệu

- Window size: Độ lớn cửa số nhận, quy dinh lang số byte đữ liệu mà thực

thể thu có thể nhận được, tính từ byte được biên nhận (ack)

- Checksum: checksum của cả TCP segment : Pseudo header Trước khi

tỉnh, trưởng nảy — 0 (Tổng các word 16 bit kiểu bù 1, kết quá thu được lạt

tính bù 1 - XOR)

- Urgent poinler: Vị trí tương đổi của byte trong trường đỡ liệu TCP cần được xử lý đầu tiên

- Options: Cac tuy chon Hién nay tuy chon duy nhất được đùng là MSS

(Maximum Segment Size) Gia wi default — 536 byte payload — 20 byte

header — 556 byte

- Pad: chén thêm để chiêu dài trường Options là bội của 32 bi

25

~_ Data: số liệu của ứng dụng TCP

2.2.3 Thiết lập và kết thúc kết nối

2.2.3.1 Thiết lập kết nối

Thiết lập kết nỗi TCP dược thực hiện trên cơ sử bắt tay 3 bước (Thrcc-

'way Handshacke) như sau:

xiềm địch vụ mà tiến trình làm việc muốn kết nồi

Bước 2: Bên P nhận được, gửi lại ACE với cáo giá trị ACE @c+1), SYN-],

3eq ~ v (ISN)

Bước 3: A biên nhận ACK của B, khẳng định đã nhận được giá trị ISN của B

voi ACK (y+1), Seq — x vA

2.2.3.2 Kết thúc kết nối

in sang cho kết nếi

Khi có nhu cầu kết thúc kết nối, thực thể A gửi yêu cầu kết thúc kết nối với cờ FIN-1 Vi kết nối TCP 1a song công nên mặc đủ nhận được yêu cầu

kết thúc kết nối của A, thực thể B vẫn có thể tiếp tục truyền số liệu cho đến

khi B không còn số liệu để gửi và thông báo cho A bằng yêu cầu kết thúc kết nỗi với cờ FIN—] của mình Thực thể TOP nhận được thông điệp FIN sau khi gửi FIN của mình thì kết nếi TCP thực sự được kết thúc

26

TCP A TCP_B

Tĩnh 2.4 Kết thúc kết nối

2.3 Giao thức UDP (User Datagram Protocol)

Giao thite UDP (User Datagram Protocol) là giao thức ở mức vận

chuyển, không hướng kết nối Vì vậy, UDP là giao thứ vận chuyển không tin

cây: UI2P không có cơ chế kiểm tra số tuân tự phát, số tuân tự thu và kiểm tra

lỗi Ưu điểm của LIDP là thực hiện đơn giản

UDP được sử dụng chơ các ứng dụng mà trong đỏ

- Việc phân phát tin nhanh chóng là quan trọng hơn việc phân phối tin chính

xáo: Email, địch vụ lên miễn DNS

- Muốn tự cung cấp các chức năng flow control va error control

Thống kê thực tế cho thấy: 99% cdc gdi tin LDP duoc van chuyển đến

dich không bị lỗi

Goi tin UDP có câu trúc như sau:

War Sre Pert | LP Des: Post

Giới tín UDP có cấu trúc Lương tự cấu trúc gói lin TCP

- Phần đầu “tiêu để giả”(Pscudo header) giúp thực thể TP xây đựng TP packet

- Trường Lenght trong “tiêu dé giả” là độ đài toàn bộ gói số liéu UDP, kể cả phần “tiêu đề giá”

- Số hiệu cẵng nguẫn và sô hiệu công đích (UDP Src /Dest port) cho biết địa chỉ nguồn và địa chỉ đích của các thực thể mg dụng sử đụng giao thức UDP

- Trường I.enpth trong UDP segment: độ dai UDP segment, d6 dai téi thidu

bằng §

- Trường Checksum được tỉnh cho toàn bộ gái số liệu UP

Gỏi số liệu UI3P được tự động loại bỏ một khi bị lỗi, chỉ những gói số

liệu UDP không bị lỗi mới được chuyên cho các thực thể img dung

2.4 Giao thức truyén {ai thai gian thuc RTP (Reallime Transfer Protocol)

Dé dap ứng các ứng dụng cần truyễn tải dữ liêu théi gian thuc, RTP

(Realtime Transfer Protocol) đã được xây dựng và chuẩn hoa bang RFC 1889 Giao thức RTP chạy trên UDD được sử dựng để truyền dữ liệu đa phương

tiện Dữ liệu đa phương tiện được gắn kẻm RTP header, được đóng gói vào

gói Lin RTP Mỗi gói tin RTP lại được đóng gỏi vào trong gói UDD rỗi được

truyền di RTP cung cấp dich vụ vận chuyển cho các ứng dung đa phương tiện (multimedia) Tuy nhiên, RTP không cung cấp sự đầm bảo gói tin được phân

phối dùng thời gian cũng như dâm bão chất lượng dịch vụ khác Việc dóng

gói gói tin RTP được thực hiện tại các hệ thống cuối (end-system) RTP có

thể xem như là lớp con của tầng giao vận

Applicaion

RTP t

Transport LDP

m

Data Lik Paysloal

Hình 2.6 Kiến trúc của RTP

28

Các trường trong RTP header nhu sau

Ilinh 2.7 Cac trường trong gói tin RTEF

"Trường PT (paylaad type): Dai 7 bít, xác định kiểu mã hoá và nén

auđio/video được dùng trong phiên RTP (RTPsession), đo đó RTP hỗ trợ

128 kiểu đữ liêu Với luồng audio, trường payload type ding dé xác định

kiểu mã hóa audio (PCM ching han) duve sir dung Nếu phía gửi quyết

định thay đổi kiểu mã hóa trong một session, phía gửi có thể thông báo chơ phía nhận sự thay đối qua trường này Việc thay đổi kiểu mã hóa

thưởng nhằm để tăng chất lượng audio hoặc giảm tốc độ bit cla RTP

được rằng gói thú #7, #8 bị mất và nó cố gắng khôi phục lại dữ liệu mất

—_ Trường tïmestamp: Trường nảy dài 32 bít Nó xác định thời diểm lây mẫu

của byte đầu tiên trong gói dữ liệu RTP Phía nhận dùng timestamp để loại

bố thăng giáng độ trễ Timcstamp dược lấy từ dồng hồ lấy mẫu ở phía gửi

Ví dụ: timestamp tăng lên 1 sau mỗi chu kì lấy mẫu

— Trường synchronization source identifier (SSRC): Trường nảy dài 32

bít Nó xác định số định danh của luỗng FEP Mỗi luỗng trong một phiên

TRTP có một số SSRC phân biệt SSRC không phải là địa chỉ IP của phía

29

gửi mã là một số mà phía nguồn gán ngẫu nhiên khi một luồng mới bắt

dầu

2.5 Hạn chế của TCP, UDP va RTP

Trong những năm gần dãy, sự phát triển như vũ bão của các công nghệ

mạng, các kỹ thuật nén, dụng lượng thiết bị lưu trữ đã làm bùng nổ các ứng

dụng mới trên Intemet, như là truyền đòng số liệu video(streaming video),

diện thoại trên mạng TP (IP telephony), hồi thảo từ xa (teleconferencing), trở

choi tuong tic (interactive game), thé gởi ảo (virtual worid), học từ xa,

Những ứng dụng truyền thông đa phương tiện là các ứng dụng trên môi

trường truyền thông liên tục, yêu cầu về bãng thông, độ trễ, lỗi khác với các tng dụng truyền thống như email, Web, tehet, Các ứng đụng truyền thông đa phương liện phú yêu chứa dữ hệu audio và video là động, yêu cầu về

băng thông cao, vô cùng nhay với đô trễ và phụ thuộc vào ứng dụng mạng đa

phương tiện cụ thể Mặt khác, cáo ứng đụng này cho phép một mức độ mất

mắt gói tin nhật định Sự mất mát nảy chỉ gây ra sự thực thi không đều trong

audio hoặc video mà người dùng không nhận ra được và thường có thé được

che đấu một phần hoặc hoàn toan luy theo từng chuẩn mã hoá khác nhau

Điều này hoan toàn ngược lại với các ứng dụng truyền thống, dữ liệu là tĩnh (text, image, v.V.) có thé bd qua độ trễ nhưng không chấp nhận sự mất mát

Để thấy được hạn chế của các giao thức trên trong các ứng dựng mới,

chúng ta sẽ xét qua một ứng dụng cụ thể là hệ thông điện thoại hữu tuyến và khả năng sử dụng các giao thức trên trong truyền tải tín hiệu điện thoại của

hệ thông diện thoại trên mang TP

TIệ thống điện thoại hữu tuyến được sử dụng từ hàng thế kỷ nay Đặc

điểm của hệ thống này là sự chiếm dụng đường truyền khi hai đầu cuối sử đụng để đàm thoại, yêu cầu chặt ché về độ trễ và độ tin cậy Khi hệ thông,

mạng đựa trên nền IP phát triển rộng khắp (TterneÐ, nấy sinh nhu câu truyền

tải các tín hiệu điện thoại dựa trên mạng IP Nhu cầu này xuất phát từ một

thưc tế là khi thực hiện những cuộc gọi điện thoại đường dài, phải thiết lập

một kênh truyền giữa hai đầu cuỗi sử dụng để đàm thoại Việc thiết lập

30

đường truyền như vậy là rất tốn kém và lãng phí Lãng phí ở điểm trong khi đàm thoại, không phải lúc nào hai đầu cuỗi liên tục sử dụng để thoại mà có

những khoảng lặng, khi đó đường truyền không được sử dụng gì mà người

dùng vẫn phải trả tiền Với việc dùng mạng Internet để truyền tải tín hiệu

điện thoại, giá thành cuộc gọi sẽ rất rẻ, cuộc gọi đường dài trở thành cuộc gọi

nội hạt do không phải thiết lập kênh truyền riêng giữa hai đầu cuối Tuy nhiên, các giao thức đã được phát triển và sử dụng là TCP và UDP có quá nhiều hạn chế, không thể khắc phục được, làm chất lượng cuộc gọi không tốt, dẫn tới nhu cầu phát triển giao thức mới

2.5.1 Hạn chế của TCP

TCP (Chuan hoa béi IETF RFC 793) da duoc phát triển trên 20 năm

cho các ứng dụng đòi hỏi độ tin cây trong truyền tải dữ liệu, đô trễ của dữ liệu

vừa phải với thứ tự được đảm bảo chặt chẽ Ứng dụng truyền tín hiệu điện thoại cũng đòi hỏi độ tin cây nhưng không nhất thiết phải đảm bảo tính tuần

tự của toàn bộ khối lượng dữ liệu truyền tải mà thường chỉ yêu cầu đảm bảo tính tuần tư trong từng phần của dữ liệu Sự đảm bảo tuần tự dữ liệu toàn bộ

của TCP có thể làm tăng độ trễ của dữ liệu khi truyền tải

Trong cơ chế truyền tải dữ liêu của TCP, độ trễ lớn có thể Xây ra khi có

lỗi thuộc loại HOLB (Head Of Line Blocking), đó là khi truyền tải một dòng

các gói dữ liệu từ điểm tới điểm, vì một lý do nào đó, nếu gói tin đầu hay một

gói tin nào đó bị hỏng hay mắt, thì sẽ phải truyền lại toàn bộ các gói tin kế sau

nó, dù các gói tin này có thể vẫn nguyên ven, dẫn đến độ trễ lớn của dữ liêu

Có thể thấy điều đó trong hình sau:

Lỗi HOLB làm tăng đáng kể độ trễ của gói tin Với một tổng đải điện thoại có thể thực hiện đẳng thời hàng nghìn cuộc gọi thì độ trễ đó có thể là rất

lớn đo hiệu img “domino” vả dẫn tới làm tê liệt hệ thống

TCP là giao thức hướng byle, không bao loan tanh giới thông điệp do

vậy không phù hợp với việc truyền tải tín hiệu diện thoại dựa trên các thông điệp Ứng dụng đo vậy phải có ghi nhớ ranh giới vả cần các phương tiện để

đấm bảo thông điệp dược truyền tái trong thời gian chấp nhận được

'TCP không hỗ trợ đa địa chỉ (multihome), do vậy khó đảm bảo tính sẵn

sàng là một yêu cầu bắt buộc ủa hệ thống điện thoại Không có các kết nối

dự phỏng, tổng đài điện thoại có thể bị tê liệt khi đường kết nỗi bị hông

Tgoài ra, giới hạn của cơ chế truyền thông TCP (TCP socket) không đáp ứng

Đối với các ứng dụng điện thoại, nhất là các dịch vụ điên thoại thương

mai, yéu cầu về an ninh và phỏng chống các tắn công có chủ ý làm tê liệt hệ thông là ưu tiên hàng đầu Nhưng TCP rất dễ bị tắn công đạng từ chếi dich vụ

- DoS nhu “SYN flooding”

2.5.2 Hạn ché eta UDP

UDP cũng có nhiều hạn chế khi xem xét sử dụng truyền tải tín hiệu điện thoại UDP là giao thức truyền tải dữ liệu không tin cậy, cũng như không

tuẫn tự Bên gửi dữ liệu không thể biết dữ Hệu dược truyền có đến dịch hay

không, cũng như bên nhận có thể nhận lặp lại dữ liệu

Thứ hai, UDP không có cơ chế kiểm soát, phát hiện và tránh tắc nghẽn

To vậy, UDP vẫn phát dữ liệu ngay cá khi mạng dã bị nghẽn, làm trằm trọng

mmc độ nghẽn và ảnh hưởng đến các ứng dụng khác sử dụng chung đường

truyền Khi mạng bị tắc nghẽn, các gói tin sẽ tự động bị vứt bỏ, vì vậy, tính

tin cây của LII3P càng không đấm bảo

Vi cdc ly do trén, UDP không thể đáp ứng được các yếu cầu và không

phủ hợp cho các ứng dụng tin hiệu điện thoại Tuy nhiên, UDP có ưu điểm là

gọn nhẹ, đơn giản, hướng thông điệp nên để có thé đáp ứng nhu cầu tối ưu

hoá độ trễ và truyền tín cậy đữ liệu, LIDP sẽ phải xây dựng thêm cơ chế

32

-_ Phát hiện và phát lại gói tin bị mắấL

~_ Loại bö các thông điệp trùng lặp hay bị hỏng,

-_ Phát hiện và có cơ chế chéng tắc nghến

Việc xây dựng thêm dễ dáp ứng các yêu câu trên sẽ lảm giao thức trở lên

phức tạp, công kênh, không khả thị, giải pháp như vậy là không phủ hợp

2.5.3 Ian ché cla RTP

Mặc dù RTP dược phát triển dễ phục vu các ứng dụng thời gian thực và

TP dủ được coi là lớp con của tầng giao van thi RTP bản chất vẫn phải ding

UDP lam nén tảng để thực hiện việc truyền tải dữ liệu, do vậy nó sẽ kế thừa đây đủ các điểm mạnh cũng như các hạn chế của UL2P như phân tích ở phần

hạn chế của UDP RTP có thế xem là một sự cãi tiến UDP dé phục vụ cho các

ứng dụng thời gian thực Nhưng với sự không tan cậy trong truyền tãi dữ liệu

cla UDP, R'IP chi phủ hợp với các ủng dụng cần đáp ứng yêu cầu về thời

gian thực nhưng độ tin cậy có thể thấp Điều đó sẽ không phủ hợp với các ứng dụng truyền tái tín hiệu diện thoại, chặt chẽ cả về thời gian và về độ tin cây,

cũng như độ an toàn

2.5.4 Yêu cầu cụ thể của giáo thứ mới

Chính từ các phân tích trên, nấy sinh van dé cin phải phát triển một

giao thức mới đáp ứng được các ứng dụng thực tiễn đang đỏi hỏi, ngoài các

ứng dụng về điện thoại uòn là cá

ứng dụng da phương tiện (multimedia) như

Video trực tuyến, hội nghị truyền hình các ng dụng truyền tải tín hiệu điều

khiển và kiểm soát dựa trên nên IP Giao thức này phải được xây dựng sẵn

các tỉnh năng,

-_ Truyền tải dữ liệu tin cậy và tuần tự

- IIễ trợ Multhome, cho phép một kết nối cỏ thể sử dụng nhiều đường truyền đồng thời, do vậy có tính sẵn sảng cao, dung lỗi đôi với các lỗi vật

lý của đường truyền

-_ Hỗ trợ multstroam, giám tối thiểu ảnh hưởng của lỗi HoLP, nghĩa là cho

phép truyền tải nhiều dòng nhỏ trong củng một kết nổi

33

CHUONG 3: GIAO THUC SCTP (STREAM CONTROL TRANSMISSION PROTOCOL)

3.1 Lịch sử va muc dich phat trién giao thie SCTP

Tháng 10/2000, IK'TF (International Engineering Task Foree)- Một tổ

chức quốc tế lớn các nhà thiết kế mạng, các nhà điều hành, các nhả cung cấp

và các nhà nghiên cứu cùng quan tâm đến sự phát triển của kiển trie va vide

điều hành của mạng Internet - chính thức chuẩn hoả 3CIP thông qua tài liều REC 2960 (Request for comment) SCTP 1a giao thirc truyền tải số liệu điểm -

điểm trên nền giao thức IP Ban dầu, SŒTP được phát triển nhằm cung cấp

chuẩn truyện tải số liệu hướng thông điệp cho các mạng thông tin ma số liệu

gần truyền tải trong thời gian thực như truyền tải cáo thông điệp tín hiệu điện

thoại trên nền LP cho các hệ thống thương mại điện tử và viễn thông Như đã phân tích ở chương trước, TCP vả UDP đều có những hạn chế khi dùng

truyền tải tín hiệu diện thoại trên nền giao thức IP Do vậy mà SCTP dã dược

thiết kể để đáp ứng yêu cầu này và các ửng đụng tương tự khác Nhờ được

phát triển sau và rút kinh nghiệm từ các giao thức đã được phát triển trước đó

nhtt TCP hay UDP, SCTP duce thiết kế da mục dich và đa chức năng, nhở

vậy có miễn các lĩnh vực áp dụng rộng rãi hơn, ngay cả trong các lĩnh vực mà

giao thie TCP đang được sử dụng với những thuận lợi hơn hẳn Để hiểu rõ

hơn, chúng ta sẽ điểm qua lịch sử cũng như mục dích phát triển SŒTP

Để cung cấp dịch vụ điện thoại thương mại với phạm vỉ rộng, cần phát

triển giao thức truyền tải tin hiệu diện thoại qua hệ thông mạng TP dủ tm cậy Các kỹ sư của các công ty điện thoại lớn đã thấy được yêu cầu nghiêm ngặt về

thời gian và độ tin cậy khi truyền tải các thông điệp tín hiệu điện thoại và đã

tạo ra Hệ thống phát tín hiệu số 7 (S87) để đáp ứng các yêu cầu trên Tuy

nhiên, có những nghi ngờ về việc liệu giao thức LỚP, vốn được đánh giá là

tin cây, có khả năng đáp ứng được yêu câu trên không

Các kỹ sư của Tcloordia dã thử nghiêm TCPITP truyền tải tin hiệu diện

thoại Họ đi đến kết luận rằng vấn để chỉnh trong việc si: dung TCP/IP trong

34

vide cung cấp dịch vụ điện thoại thương mại là thiểu sự kiểm soát đồng hỗ phát lại cúa TP, nhất là ở mức người ding và việc này nằm ở su cai dat TCP

chứ không phải là hạn chế của giao thức Một hạn chế lớn nữa của TCP là ảnh

hướng của lỗi mắt dữ liệu kiểu HoLB Trong các img dung điện thoại lớn như các tống dai xt lý, lỗi này trở thành vẫn đề lớn trong việc làm trễ tín hiệu Lãi

nay có thể gây hiệu ímg “đomino” lên tất cả các cuộc gọi, tăng độ trễ vượt

quá giới hạn cho phép Miệt hạn chế nữa của TCP 1a không hỗ trợ các dường,

kết nối dự phỏng ở mức liên kết (link-leval redundancy support), đỏ là điểm hạn chế lớn nhất của TCP so với 387 Trong S57, sự kết nối giữa các đầu cuối thông qua một đường kết nổi loaic nhưng là một tập các đường kết nối vật lý, có thể lên đến 16 đường T1, do vậy khả năng dự phòng và sẵn sàng rất cao Vì là chuyển mạch gói, TCP không thể tự cố định đường đi trên đường

vật lý Irong 587, một kết nối nghĩa là ' đường dẫn” (path) trong mang IP Dễ

có khả năng phục hỏi lỗi đường dẫn như S87, các kỹ sư đã đi tới sự nhất trí rằng giao thức IP phục vụ cho truyền tải tín hiệu diện thoại cần hỗ trợ kết nổi

dự phòng (path ređundancy)

Các để xuất cai tién TCP dé dap ứng các yêu cầu trên đã được đưa ra

bàn thảo vả đều bị loại bổ vì những hạn chế khác đã được 1E1F khuyến cáo trong các bảo cáo như yêu cầu về truyền tdi Unicast (Requirements for

UmeasL Transport/8cssion — RUTS) hay hỗ trợ nhiều phiên Unicast (8upporL

for lots of Unicast Multiplexed Sessions SLUM) ma TCP sẽ khó có thể sửa

đổi để đáp ứng,

Cuối củng, cáo kỹ sư đi dễn kết luận cần một giao thức mới Cuỗi năm

1998, tại hội thảo của IZTT tại Orlando, Iloa Kỳ, Randall R Stewart và

Qiaobing Xie đã đề nghị một giao thức mới là MDTP (Miulu-Network

Datagram ‘Transmission Protocol), gidi quyét duoc một số hạn chế của TCP

MDTP ban đầu là mệt giao thức ở tầng ứng dụng vả sử đụng UDP để truyền

tải Các kỹ sư đã quyết địmh dùng giao thức MDTT để làm cơ sở để thiết kế

giao thức mới Bán phác thảo (draft) đầu tiên của giao thức mới nảy được đệ

trình vào tháng 9/1999.

MDTD đã được sửa đổi và có tôn mới là SCTP Thiết kế nảy đạt tới sự

én dinh cho dén năm 1999, ban miám dốc lĩnh vực truyền tái của IETE yêu

cầu xem xét lại các thiết kế quan trọng, Các kỹ sư đã thảo luận xem giao thức

xới này nên chạy trên TP hay UDP TESG va TAD déu dé xuất chuyển SCTP

chạy trực tiếp trên TP vi thay được giá trị và ý nghĩa của giao thức mới nảy, cũng như tiém nang tất to lớn của SCTP trong hàng loạt các ứng dụng rộng

rãi ngoài truyền tải tín hiệu điện thoại Việc SCTP chạy trục tiếp trên IP với không gian cổng riêng là một giải pháp thiết kế đúng đắn

Ban đầu các kỹ sư thiết kế SCTP lưỡng lự trước đề xuất đó bởi như vậy SCTP sẽ phải được cài đặt trong nhân của các hệ điều hành Điều đó sẽ mắt vài năm để các nhà cung cấp hệ điều hành có thể tích hợp SCTP vào nhân của

hộ điều hành của họ Ngoài ra, nó sẽ làm 8ŒTP trở nên phức tap hon trong

việc kiếm soát đồng hỗ phát lại, là điểm mâu chốt đề đảm bảo sự chặt chẽ về

thời gian trong truyền tải tín hiệu điện thoại

Tuy nhiên, IESG dã thuyết phục nhóm thiết kể thấy dược lương lại của

giao thức SCTP chạy trên nên IP là kiến trúc đúng đăn, đem lại lợi ích về lâu

đài, mặc đủ điều đó có thể làm việc triển khai vào thực tế của SCTP chậm lại

Cuối củng, vào tháng 1/2000, SCTP chính thức được thiết kế để chạy trực tiếp

trên IP Dến tháng 10/2000, SCTP chính thức được chuẩn hoá thông qua

RFC 2960,

3.2 Cac tinh ning nối bật của SCTP

Điểm khác biệt chỉnh của giao thức SCTP và TCP - giao thức được sử

dụng rộng rãi nhất hiện nay trên Internet- lá TƠP truyền tải số liệu dựa trên

các gói số liệu (datagram), cén SCTP truyền tải số liệu theo các dòng

(sream) Mỗi dòng là mệt luỗng dữ liệu có hướng duy nhất trong kết nối

SCTP SCTP có khả năng da dong (Multistream- trong cùng một kết nỗi cho

phép truyền tải nhiều dòng cùng lúc) và đa địa chỉ (zmuiihoming - một thực

thé SCTP có cùng lúc nhiều địa chỉ tầng giao vận) STCP được thiết kế

khả năng chống tắc nghẽn, "ngập lụt" mạng và các tấn công theo kiểu giá

mạo, cơ chế truyền tải dữ liệu một cách tín cậy, cơ chế đồng bộ (heartbeaU) và

36

kiểm soát thời gian nhờ đó các ứng dựng cỏ thể phát hiện nhanh các lỗi hay mắt đữ liệu để truyền lại Hinh sau cho thầy SŒTP dược sử dụng ở dâu trong,

mô hình TCP/TP

Adaptation Protocol

UDP TCP SCTP

IP

Physical

Hinh 3.1 Giống nhu TCP và UDP, SCTP cũng sử dụng giao thức IP

Khã năng đa địa chỉ của giao thức SCTP (mulihoming) lăng tính tin

cây trong vận chuyển đữ liệu Hình sau là một vi dụ về tính da dịa chỉ của

SCTP Dịa chỉ của nơi gửi hay nơi nhận các gói tin SCTP bao gồm địa chỉ IP

va dia chỉ cổng Các điểm gửi và nhận, do vậy sẽ lưu giữ đanh sách các dịa

chỉ IP va dia chi cổng Khi một mạng bị đứt, vi dụ mạng X, nơi gửi vẫn có thế

tiếp tục gửi dữ liệu thông qua mạng Y

SCIP ASSOCIATION WITT TWO STREAMS

Tinh 3.2 Két néi SCTP

Được phát triển sau LỚP và LII3P, SCTP có các ưu điểm sau

- Truyền tải đữ liệu không trùng lặp với mức độ lỗi chấp nhận

-_ Phân mảnh dữ liệu phủ hợp với tắc độ truyền tắi của mạng

-_ Có khả năng truyền tải đúng tuần tự chuỗi thông điệp của người dùng

trong nhiều luồng cùng lúc SCTP có một tuỳ chọn cho việc phân phát

dén đích dùng thứ tự các thông điệp của một người dùng cụ thể

37

- _ Có khả năng dung lỗi mạng nhờ hỗ trợ khả năng đa dòng và kết nồi da dia

chỉ ở cá hai dầu của kết nối

3.3 Đặc lá giao thức SCTP |§|

3.3.1 Kiến trúc của SCTP

SCTP là giao thức vận chuyển đữ liệu có kết nối dựa trên một giao thức

vận chuyển dữ liệu không kết nếi là TP SỢTP nằm giữa tầng ứng dụng của

người dùng và ting mang khéng kết nối SCTP cung cấp dich vụ cơ bản là

truyền tải tin cậy các thông điệp của người dùng ngang hàng, Nó được sử

dụng cho các ứng dụng cần kiểm soát và phát hiện lỗi hay đứt đoạn của các

phién lam viéc

SCTP được thiết kế hướng kết nổi, nhưng khải niệm "kết nối" ở đây

mạnh hơn so với kết nói của TCP nhờ được thiết kế da dòng Kiến trúc cơ bản

của SCTP được mô tâ trong hình sau

1 |Cne or more One or more]

| IP Network |IP address IP aédress| I? Network

1

SCTP Node A |< - Networs transport —-~——— >| SOTE Node B

Hinh 3.3 Kién trac SCTP

3.3.2 Cae chire nang chinh cla SCTP

Các dịch vụ vận truyén dit ligu của giao thức SƠIP cỏ thể phân chia

thành một số dịch vu sau:

38