bộ giao thức internet TCP/IP

luận văn về bộ giao thức internet TCP/IP

b¶ng C¸c tõ viÕt t¾t

Tõ viÕt t¾t ThuËt ng÷ TiÕng Anh

Lời nói đầu

Mặc dù rất nhiều giao thức đợc đa ra nhằm áp dụng cho internet, nhng chỉmột bộ giao thức nổi bật đợc sử dụng rộng rãi nhất cho liên mạng Bộ giao thức

đó là bộ giao thức internet TCP/IP (the TCP/IP Internet Protocols); nhiều chuyêngia gọi nó đơn giản là TCP/IP

TCP/IP là bộ giao thức đầu tiên đợc phát triển để sử dụng cho internet.TCP/

IP bắt đầu đợc nghiên cứu vào những năm 1970, xấp xỉ thời gian với mạng cục

bộ đợc phát triển Quân đội Mỹ đã đầu t rất nhiều công sức vào việc nghiên cứu

bộ giao thức TCP/IP và liên mạng thông qua tổ chức ARPA Quân đội Mỹ làmột trong những tổ chức đầu tiên mà có rất nhiều mạng khác nhau Do đó họcũng là những tổ chức đầu tiên nhận ra nhu cầu cần thiết có dịch vụ toàn mạng.Vào giữa những năm 1980, tổ chức khoa học quốc gia và một vài cơ quan chínhphủ của Mỹ đã tiếp tục nghiên cứu phát triển giao thức TCP/IP và liên mạng diệnrộng nhằm thử ngiệm bộ giao thức naỳ

Hiện nay chúng ta đang sống trong một môi trờng công nghệ thông tin hếtsức phát triển, một môi trờng máy tính hoá với nhu cầu kết nối trao đổi dữ liệugiữa các ngừôn tài nguyên thông tin bất tận Khái niệm “ bùng nổ Internet” đã từlâu trở nên quá quen thuộc

Việc nghiên cứu trên internet và giao thức TCP/IP đã đạt đợc những kết quả

đáng kể Liên mạng đã trở thành một ý tởng quan trọng trong hệ thống mạnghiện đại

Thực tế đã chứng minh bộ giao thức TCP/IP có ý nghĩa cực kì quan trọng và

có ứng dụng lớn trong thời đại ngày nay_thời đại của internet

Xuất phát từ những nhu cầu trên nên tôi đã quyết định chọn đề tài:

Chơng I: Tổng quan về mạng máy tính

Chơng II: Giới thiệu về TCP/IP

Sau đây là nội dung chi tiết của từng chơng, trong đó chơng II sẽ là trọngtâm của đồ án

Chơng I Tổng quan về mạng máy tính

1.1 Định nghĩa mạng máy tính.

Mạng máy tính là một tập hợp các máy tính đợc kết nối với nhau bằng đờngtruyền vật lý theo một kiến trúc nào đó, nhằm mục đích trao đổi thông tin giữacác máy tính

Mạng máy tính sử dụng một số nguyên tắc căn bản để truyền

- Đảm bảo không bị mất mát khi truyền

- Thông tin phải đợc truyền nhanh chóng, kịp thời, chính xác

- Các máy tính trong một mạng phải nhận biết đợc nhau

- Cách đặt tên trong mạng, cũng nh cách thức xác định đờng truyền trênmạng phải tuân theo một chuẩn nhất định

1.1.1 Phân loại mạng máy tính.

Ngời ta phân loại mạng khác nhau dựa trên các yếu tố sau

Nguyên tắc phân chia tài nguyên trên mạng, khoảng cách về địa lý, kỹ thuậtchuyển mạch

Nhìn chung tất cả các mạng máy tính đều có thành phần chức năng và đặctính nhất định đó là

- Máy phục vụ (Server) cung cấp tài nguyên cho ngời sử dụng mạng

- Máy khách (Client) truy cập tài nguyên dùng chung do máy phục vụ cungcấp

- Phơng tiện truyền dẫn

- Dữ liệu dùng chung

- Máy in và các thiết bị dùng chung khác

Bất chấp những điểm tơng đồng trên căn cứ vào nguyên tắc phân chia tàinguyên mạng máy tính đợc chia thành hai mạng rõ rệt- mạng ngang hàng (pear

1 Mạng ngang hàng.

ở mạng này mỗi máy tính có thể kiêm các vai trò máy phục vụ và máykhách Mạng ngang hàng cho phép các nhóm nhỏ ngời dùng dễ ràng dùng chungdữ liệu, thiết bị ngoại vi và dễ cài đặt thiết bị rẻ tiền

2 Mạng dựa trên máy phục vụ.

Mạng này lý tởng nhất đối với các mạng dùng chung nhiều tài nguyên vàdữ liệu Ngời quản trị mạng có nhiệm vụ giám sát hoạt động trên mạng và đảmbảo sự duy trì an toàn trên mạng Loại mạng này có thể có từ một máy phục vụtrở lên, tuỳ thuộc vào lu lợng và số lợng thiết bị ngoại vi

Ngoài ra còn có loại mạng kết hợp các đặc tính u việt của cả hai loại mạngtrên Loại mạng này thông dụng nhất nhng đòi hỏi nhiều thời gian và công sứchoạch định

1.1.2 Phân loại theo khoảng cách địa lý.

Nếu lấy khoảng cách địa lý làm yếu tố chính thì ta có mạng cục bộ, mạng

đô thị, mạng diện rộng, mạng toàn cầu

- Mạng cục bộ gọi tắt là LAN (Local Area Network)- mạng này đợc cài đặttrong phạm vi nhỏ với khoảng cách lớn nhất giữa các nút mạng là vài chục km

- Mạng đô thị gọi tắt là MAN (Metropolitan Area Network)- mạng này đợccài đặt trong phạm vi đô thị hoặc một trung tâm kinh tế xã hội có bán kínhkhoảng 100 km trở lại

- Mạng diện rộng WAN (Wide Area Network) – mạng này có phạm vi cóthể vợt qua biên giới, quốc gia và thậm chí cả lục địa

- Mạng toàn cầu GAN

1.1.3 Phân loại theo kỹ thuật chuyển mạch.

Nếu lấy kỹ thuật chuyển mạch làm yếu tố chính thì ta sẽ có mạng chuyểnmạch kênh, mạng chuyển mạch gói, mạng chuyển mạch thông báo

1 Mạng chuyển mạch kênh.

Đây là mạng mà giữa hai thực thể muốn liên lạc với nhau, thì giữa chúng sẽgây ra một kênh cố định và dữ liệu đợc truyền đi qua kênh đó, kênh đó đợc duy

trì đến khi một trong hai thực thể không liên lạc tiếp quá trình truyền dữ liệu củachuyển mạch kênh gồm ba giai đoạn :

* Thiết lập đờng truyền

* Truyền dữ liệu

* Huỷ bỏ kênh

Hình 1.1 Mạng chuyển mạch kênhPhơng pháp này có nhợc 2 điểm sau :

- Tiêu tốn thời gian để thiết lập kênh cố định giữa hai thực thể

- Hiệu suất sử dụng đờng truyền không cao Kênh liên lạc bị chiếm trongsuốt quá trình liên lạc dù hai trạm có thực sự truyền dữ liệu hay không Mạng

điện thoại là một ví dụ điển hình của mạng chuyển mạch kênh

2 Mạng chuyển mạch thông báo.

Thông báo (Message)- là một đơn vị thông tin của ngời sử dụng, có khuôndạng đợc quy định trớc Mỗi thông báo đều có chứa vùng thông tin điều khiểntrong đó chỉ định rõ đích của thông báo Căn cứ vào thông tin mà mỗi nút trunggian có thể chuyển thông báo tới nút kế tiếp theo đờng dẫn tới đích của nó Mỗinút cần phải lu trữ tạm thời để đọc thông tin điều khiển trên thông báo để rồi sau

đó chuyển tiếp thông báo đi Tuỳ thuộc vào điều kiện của mạng, các thông báokhác nhau có thể gửi đi bằng các con đờng khác nhau

Hình 1.2 Mạng chuyển mạch thông báoMạng chuyển mạch thông báo thích hợp với dịch vụ th điện tử (ElectronicMail) hơn là áp dụng có tính thời gian thực, vì tồn tại độ trễ nhất định do lu trữ

và xử lý thông tin điều khiển tại mỗi nút

Phơng pháp chuyển mạch thông báo có những u điểm sau:

_ Hiệu xuất sử dụng đờng truyền cao vì không chiếm dụng độc quyền mà

đợc phân chia giữa nhiều thực thể

_ Mỗi nút mạng có thể lu trữ thông báo cho tới khi kênh truyền rỗi mớigửi thông báo đi Do đó giảm đợc tình trạng tắc nghẽn của mạng

_ Có thể điều khiển việc truyền tin bằng cách sắp xếp độ u tiên cho cácthông báo

_ Có thể tăng hiệu suất sử dụng giải thông của mạng bằng cách gán địa chỉquảng bá (Broad Cast addressing) để gửi thông báo đồng thời tới nhiều mục

đích

Bên cạnh những u điểm còn sự hạn chế về kích thớc của thông báo, có thểdẫn đến phí tổn lu trữ tạm thời cao và ảnh hởng đến thời gian đáp và chất lợngtruyền đi

3 Mạng chuyển mạch gói

Về cơ bản mạng chuyễn mạch gói và mạng chuyển mạch thông báo là gầngiống nhau Điểm khác biệt là các gói đợc giới hạn kích thớc tối đa sao cho cácnút mạng có thể xử lý toàn bộ gói tin trong bộ nhớ mà không cần lu trữ tạm thờitrên đĩa (hình 1.3) Do đó mạng chuyển mạch gói chuyển các gói tin đi rất

nhanh, bằng nhiều con đờng khác nhau và hiệu quả cao hơn mạng chuyển mạchthông báo.

Hình 1.3 Mạng chuyển mạch góiVấn đề khó khăn nhất của mạng loại này là việc tập hợp các gói tin để tạolại thông báo ban đầu của ngời sử dụng, đặc biệt biệt trong trờng hợp các gói tintruyền theo nhiều đờng khác nhau

1.2.Cấu hình mạng

1.2.1 Cấu hình điểm - điểm.

Kiểu cấu trúc điểm - điểm trong đó có các đờng truyền nối từng cặp nút vớinhau Khi một tin báo đợc truyền từ một nút nguồn nào đấy tới sẽ đợc tiếp nhận

và lu trữ đầy đủ ở các nút mạng trung gian cho đến khi đờng truyền rỗi thì nó

đ-ợc gửi tiếp đi Cứ nh thế cho đến tận nút đích của tin báo đó Do cách thức làmviệc này ngời ta gọi mạng này là mạng lu–gửi tiếp ở (hình 2.1 ) dới đây cho tathấy một số ví dụ về kiểu mạng điểm - điểm

s1

s5 s3

2

4 3 3

4

2 3

1 2 3 4

Mạng chuyển mạch gói

(A) Hình sao (B) Chu trình (C) Hình cây (D) Đầy đủ

Hình 1.4 Một số kiểu dạng mạng điểm-điểm

1.2.2 Kiểu Khuếch tán.

Đối với kiểu này tất cả các nút phân chia chung một đờng truyền vật lý Dữliệu đợc gửi đi từ một nút nào đó sẻ có thể đợc tiếp nhận bởi các nút còn lại, bởivậy cần chỉ ra địa chỉ đích của dữ liệu đến mỗi nút căn cứ vào đó để kiểm trathêm dử liệu có phải dành cho mình không

Hình 1.5 Một số dạng mạng kiểu khuếch tánTrong cấu trúc mạng BUS và vòng, cần một cơ chế trọng tài để giải quyếtcác đụng độ khi có nhiều nút muốn truyền thông tin đồng thời

Các mạng khuyếch tán có thể đợc chia ra làm hai loại (tĩnh và động) tuỳthuộc vào việc cấp phát đờng truyền

Một kiểu cấp phát tĩnh điển hình là chia thời gian thành các khoảng rời rạc,

mà dùng cơ chế tĩnh điển hình là chia thời gian thành các khoảng rời rạc, vàdùng cơ chế quay vòng để cấp phát đờng truyền Mỗi nút chỉ đợc phát tin đi tớicửa của thời gian của nó Tuy nhiên nếu nút đợc cấp phát đờng truyền mà không

có gì để truyền thì sẽ gây ra lãng phí vô ích Vì thế trong một số hệ thống ngời ta

cố gắng cung cấp phát động (cấp đờng truyền theo yêu cầu) của kênh truyền chocác nút, các phơng pháp cấp phát động có thể tập trung hay phân tán

Theo kiểu tập trung thì chỉ có một bộ phận duy nhất (nh trọng tài BUSchẳng hạn) có quyền xác định ai đợc cấp phát bằng cách nhận các yêu cầu vàquyết định theo một giải pháp nào đấy Còn kiểu phân tán thì không có bộ phậntập trung Nh thế mỗi nút sẽ tự quyết định quyền đợc truyền hay không và ngời

ta đã thiết kế đợc giải thuật để khắc phục những tình trạng hỗn loạn tiềm năngkhi trong một khoảng thời gian một số nút yêu cầu truyền

Một số dạng mạng kiểu quảng bá

1.2.3 Kiến trúc mạng phân tầng và mô hình OSI

1 Kiến trúc mạng phân tầng

Phần lớn các loại máy hiện nay đều đợc phân tích thiết kế theo quan điểmphân tầng Mỗi hệ thống thành phần của mạng đợc xem nh là một cấu trúc đatầng trong đó mỗi tầng đợc xây dựng trên tầng trớc nó, số lợng các tầng cũng nhchức năng của mỗi tầng tuỳ thuộc vào nhà thiết kế Tuy nhiên trong hầu hết cácmạng mục đích các tầng là để cung cấp một số dịch vụ nhất định cho tầng caohơn

Tầng N

Tầng i +1 Tầng i Tầng i-1

Tầng 1

Tầng i-1 Tầng i Tầng i +1 Tầng N

.

Tầng N

Tầng i +1 Tầng i Tầng i-1

Tầng 1

Tầng i-1 Tầng i Tầng i +1 Tầng N

.

.

Môi tr ờng truyền thông

Hình 1.6 Minh hoạ kiến trúc phân tầng

- Chọn danh giới các tầng theo kinh nghiệm đã đợc chứng tỏ là thành công.

- Các chức năng đợc định vị sao cho có thể thiết kế lại tầng mà ảnh hởng ítnhất tới các tầng kế nó

- Tạo danh giới các tầng sao cho có thể chuẩn hoá giao diện tơng ứng

- Tạo một tầng dữ liệu đợc xử lý một cách khác biệt

- Cho phép thay đổi chức năng hoặc giao thức trong một tầng không làm

ảnh hởng đến tầng khác

- Mỗi tầng chỉ có các ranh giới với các tầng kế trên hoặc dới nó, các nguyêntắc tơng tự khi chia các tầng con

- Có thể chia một tầng thành các tầng con khi cần thiết

- Tạo các tầng con để cho phép giao diện với các tầng kế cận

- Cho phép huỷ bỏ các tầng con khi không cần thiết

Hình 1.7 Mô hình OSI bảy tầng

 Tầng vật lý

Tầng này có chức năng thực hiện việc kết nối các thành phần của mạngbằng liên kết vật lý, nhằm đảm bảo cho việc truy nhập đờng truyền và các chuỗibit không cấu trúc nên các đờng truyền vật lý Cung cấp các phơng tiện điện, cơ,chức năng, thủ tục để kích hoạt, duy trì và đình chỉ liên kết vật lý giữa các hệthống

 Tầng liên kết dữ liệu

Nhiệm vụ của tầng này bao gồm

- Định địa chỉ cho các thiết bị trên mạng

- Điều khiển truy nhập đờng truyền

- Tính toán giá trị kiểm tra của từng frame trớc khi truyền

- Truyền dữ liệu, truyền lại các frame bị mất và thất lạc

- Khôi phục quá trình xử lý khi lỗi đợc phát hiện

- Điều khiển lu lợng để điều chỉnh khung đợc truyền

Seesion Transport Network Datalink Physycal

Application Prescntaim Seesion Transport Network Datalink Physycal

Giao thức tầng 6 Giao thức tầng 5 Giao thức tầng 4 Giao thức tầng 3 Giao thức tầng 2 Giao thức tầng 1

1 2 3 4 5 6 7

1 2 3 4 5 6 7

Tầng mạng cung cấp các phơng tiện để truyền các đơn vị dữ liệu qua mạng,thậm chí qua một mạng của các mạng Bởi vậy nó cần phải đáp ứng nhiều kiểumạng và nhiều kiểu dịch vụ cung cấp bởi mạng khác nhau Hai chức năng thôngtầng mạng là chọn đờng và chuyển tiếp dữ liệu

 Tầng giao vận

Tầng này là tầng cao nhất của nhóm các tầng thấp, mục đích của nó là cungcấp các dịch vụ truyền dữ liệu sao cho các chi tiết cụ thể truyền thông ở bên dớitrở nên trong suốt đối với các tầng cao Nhiệm vụ của tầng giao vận rất phức tạp,

nó phải tính đến khả năng thích ứng với một phạm vi rất rộng các đặc trng củamạng, mạng có thể là có liên kết hoặc không liên kết, có thể có tin cậy hoặc cha

đảm bảo tin cậy Nó phải biết đợc yêu cầu và chất lợng dịch vụ của ngời sửdụng, đồng thời biết đợc khả năng cung cấp dịch vụ của mạng bên dới

 Tầng phiên

Tầng này là tầng thấp nhất trong nhóm các tầng cao cụ thể là điều phối việctrao đổi dữ liệu giữa các ứng dụng bằng cách lập và giải phóng các phiên Cungcấp các điểm đồng bộ hoá đẻ kiểm soát việc trao đổi dữ liệu áp đặt các quy tắccho các tơng tác giữa các ứng dụng của ngời sử dụng Cung cấp cơ chế lấy lợttrong quá trình trao đổi dữ liệu

Tầng ứng dụng bao gồm các thực thể ứng dụng, các thực thể này dùng cácgiao thức ứng dụng và các dịch vụ trình diễn để trao đổi thông tin Các AE cung

cấp cho các AP các phơng tiện cần thiết để truy nhập môi trờng OSI Tuy nhiêntầng ứng dụng chủ yếu để giải quyết vấn đề ngữ nghĩa là không giải quyết vấn

CSMA/CD là phơng pháp cải tiến từ phơng pháp CSMA hay còn gọi là LPT.Một trạm cần truyền dữ liệu trớc hết phải nghe xem đờng truyền đang bận hayrỗi, nếu rỗi thì truyền dữ liệu đi ngợc lại, nếu đờng truyền bận thì trạm phải thựchiện theo một trong 3 phơng pháp sau

- Trạm rút lui: chờ đợi trong một thời gian ngẫu nhiên nào đó rồi lại bắt đầunghe đờng truyền

- Trạm tiếp tục nghe đến khi đờng truyền rỗi thì truyền dữ liệu đi với xácsuất bằng 1

- Trạm tiếp tục nghe đến khi đờng truyền rỗi thì truyền đi với xác suất P

định trớc (0<p<1)

Rõ ràng là đối với phơng pháp 1 có hiệu quả trong việc tránh xung đột vìhai trạm cần truyền khi thấy đờng truyền bận cùng rút lui và chờ đợi trong cáckhoảng thời gian ngẫu nhiên khác nhau

Nhợc điểm của nó là có thể sinh ra thời gian “chết” của đờng truyền saumỗi cuộc truyền ngợc lại Phơng pháp hai cố gắng giảm thời gian chết bằng cáchcho phép một trạm có thể truyền ngay sau khi cuộc truyền kết thúc Song khôngmay nếu lúc đó có hơn một trạm đang đợi thì khả năng xảy ra xung đột là rấtcao Phơng pháp 3 với giá trị phải lựa chọn hợp lý thì có thể tối thiểu hoá đợckhả năng xung đột lẫn thời gian “chết” của đờng truyền Xảy ra xung đột thờng

là do trễ truyền dẫn mấu chốt của vấn đề này là ở chỗ-vì các trạm chỉ nghe trớckhi nói (mà không nghe trong khi nói) nên thực tế có xung đột nhng các trạmkhông hay biết mà vẫn tiếp tục truyền dữ liệu đi, gây ra việc chiếm dụng đờngtruyền một cách vô ích

Kết cuối(Terminal) Kết cuối(Terminal)

Đầu nối chữ T (T-connecter)

Máy trạm (Workstation)

Để có thể phát hiện xung đột CSMA/CD đã bổ xung thêm quy tắc

- Khi một trạm đang truyền nó vẫn tiếp tục nghe đờng truyền Nếu pháthiện thấy xung đột đờng truyền thì nó ngng ngay việc truyền nhng vẫn tiếp tụcgửi tín hiệu sóng mang thêm một thời gian nữa để đảm bảo rằng tất cả các trạm

trên mạng đều có thể nghe đợc sự xung đột đó Sau đó trạm chờ đợi thêm mộtthời gian ngẫu nhiên nào đó rồi thử truyền lại theo quy tắc của CSMA

- Các phơng pháp truy nhập có điều khiển chủ yếu dùng kỹ thuật chuyển

thẻ bài để cấp phát quyền truy nhập đờng truyền

2 TOKEN BUS

Nguyên lý của phơng pháp này là đễ cung cấp phát quyền truy nhập đờngtruyền cho các trạm đang có nhu cầu truyền dữ liệu Một thẻ bài đợc lu chuyểntrên một vòng LOGIC thiết lập bởi các trạm đó, khi một trạm nhận đợc thẻ bàithì nó có thể sử dụng đờng truyền trong một thời gian xác định trớc trong thờigian đó nó có thể truyền một hoặc nhiều đơn vị dữ liệu Khi đã hết dữ liệu hoặc

hết hạn thời gian cho phép trạm phải chuyển thẻ bài tới trạm tiếp theo trong vòng

LOGIC

Hình 1.8 Vòng Logic trong mạnh BUSViệc thiết lập vòng logic cụ thễ là phải thực hiện các công việc sau :

- Bổ sung một trạm vào vòng logic

- Loại bỏ một trạm khỏi vòng logic

- Quản lý lỗi.

3 TOKEN RING.

Phơng pháp này cũng dựa trên nguyên lý cấp phát thẻ bài, để cấp phátquyền truy nhập đờng truyền Nhng ở đây thẻ bài lu chuyển có thể là theo vònglogic hoặc lu chuyển theo vòng vật lý

Thứ tự vòng vật lý dựa trên cơ sở tất cả các trạm đợc kết nối vật lý trongRing Không quan tâm tới việc chúng có tham gia vào chu trình truyền tin haykhông Một trạm khi muốn truyền dữ liệu cho đến khi nhận đợc thẻ bài rỗi khi

đó trạm này sẽ đổi bit trạng thái rỗi thành bận và truyền một đơn vị dữ liệu cùngvới thẻ bài đi theo chiều quy định của vòng Lúc đó sẽ không còn thẻ bài rỗi trênvòng nữa do chiều quy định của vòng Lúc đó sẽ không còn thẻ bài rỗi trên vòngnữa, do đó tất cả các trạm muốn truyền dữ liệu phải đợi Dữ liệu khi đến trạm

đích sẽ đợc sao lại rồi lại cùng với thẻ bài đi tiếp cho đến khi quay về nguồn.Trạm nguồn sẽ huỷ bỏ đổi bit trạng thái bận thành trạng thái rỗi và cho luchuyển tiếp trên vòng để các trạm khác có thễ nhận đợc quyền truyền dữ liệu

1.2.5 So sánh CSMA/CD Với các phơng pháp dùng thẻ bài.

Độ phức tạp của phơng pháp dùng thẻ bài lớn hơn nhiều so với phơng phápCSMA/CD Những công việc mà một trạm phải làm trong phơng phápCSMA/CD đơn giản hơn nhiều so với hai phơng pháp dùng thẻ bài Mặt kháchiệu quả của các phơng pháp dùng thẻ bài không cao trong điều kiện tải nhẹ

Một trạm có thể phải đợi khá lâu mới đến lợt.Tuy nhiên ,các phơng pháp dùngthẻ bài cũng có những u điểm quan trọng Đó là khả năng điều hoà lu thôngtrong mạng, hoặc bằng cách lập chế độ u tiên cấp phát thẻ bài cho các tạm chotrớc

1.3 Một số vấn đề quan trọng của mạng máy tính

1.3.1 Vấn đề kiểm soát lỗi.

Dù trong một hệ thống có độ tin cậy cao hay thấp thì lỗi truyền tin vẫn làmột vấn đề không thể tránh khỏi Lỗi truyền tin xuất hiện bởi nhiều nguyên nhân

nh chất lợng đờng truyền dẫn, thời tiết, khí hậu, tiếng ồn, nhiễu từ các hệ thốngkhác Với các hệ thống không đòi hỏi độ tin cậy cao thì một số lỗi có thể chấpnhận đợc Nhng hiện nay, hầu hết các hệ thống đòi hỏi độ chính xác tuyệt đối thìkiểm soát lỗi (Error Control) là vấn đề đợc quan tâm hàng đầu.Tìm cách định vị

và khắc phục lỗi ở mức tối đa, do đó việc kiểm tra,soát lỗi đợc các nhà thiết kếmạng đa ra hai phơng pháp sau

*Dùng mã dò lỗi cho phép phát hiện lỗi nhng không định vị đợc và yêu cầubên phát truyền lại

*Dùng mã sửa lỗi cho phép phát hiện lỗi, định vị đợc và điều này cho phépsửa đợc lỗi mà không phải yêu cầu truyền lại.Có nhiều loại mã dò lỗi và kiểmsoát lỗi, mỗi phơng pháp sẽ có cách dò tìm, phát hiện và sửa lỗi khác nhau

Nguyên lý chung của tất cả các phơng pháp sửa lỗi là thêm vào tập mã cầntruyền một tập bit kiểm tra (check bits) nào đó để bên nhận kiểm soát lỗi

1 Phơng pháp kiểm tra vòng CRC

Phơng pháp này còn gọi là phơng pháp mã đa thức.Tên của phơng pháp này

đã phần nào nói lên nội dung của nó Thật vậy, với phơng pháp này các bit trongmột thông báo sẽ đợc chuyển dịch quay vòng qua một thanh ghi đồng thời có sửdụng một đa thức sinh

Một chuỗi bit nào đó có thể biểu diễn tơng ứng với một đa thức Các hệ sốcủa đa thức tơng ứng với từng bit của chuỗi Nếu xâu bit gồm n bit thì đa thức t-

ơng ứng có bậc ≤n-1 gồm có n số hạng từ x0 đến xn-1

Ví dụ:

110010011 1.x8 + 1.x7 + 0.x6 + 0.x5 + 1.x4 + 0.x3 + 0.x2 + 1.x1 + 1.x0 = x8+ x7 + x4 + x + 1.

Khi truyền một xâu bit để bên nhận có thể kiểm soát lỗi thì phải tìm mộtxâu bit thích hợp để ghép vào xâu bit cần truyền đi CRC thực hiện quá trình này

nh thế nào

* Chọn trớc một đa thức sinh G(x) có hệ số cao nhất và thấp nhất đều bằng

1 (xâu bit tơng ứng với G(x) có bit cao nhất và thấp nhất bằng 1)

* Tập bit kiểm tra ghép vào phải thoả mãn điều kiện đa thức tơng ứng vớixâu ghép (gồm xâu gốc và checksum) phải chia hết (modulo2) cho G(x)

* Khi nhận tin, để kiểm soát lỗi, phía thu lấy đa thức tơng ứng với xâu bitnhận đợc chia (modulo2) cho G(x) Nếu không chia hết thì có lỗi Nếu chia hếtthì trờng hợp này cha xác định đợc

Giải thuật tính checksum nh sau:

Ta chọn đa thức G(x) bậc n, xâu bit cần truyền tơng ứng với đa thức M(x)bậc m

<1> Thêm n bit 0 vào cuối xâu bit cần truyền, lúc này xâu ghép sẽ có m+nbit tơng ứng với đa thức xnM(x)

<2> chia (modulo2) xâu bit tơng ứng với đa thức xnM(x) cho xâu bit ứngvới đa thức sinh G(x)

<3> Lấy số bị chia trong bớc <2> trừ (Modulo2) cho số d Kết quả sẽ là xâubit cần truyền đi

-Ta nhận thầy rằng, nếu quá trình truyền đi không bị lỗi thì phía thu sẽ thuxâu bit tơng ứng với đa thức T(x) Rõ ràng T(x) chia hết cho G(x)

Nếu phía thu nhận đợc xâu bit có đa thức sinh tơng ứng là T’(x)= T(x)+E(x)

Thì lúc đó,T’(x)/mod 2 G(x) =T(x)/mod 2 G(x)+E(x)/ mod 2 G(x)

= 0 +E(x)/mod 2G(x)

Nh vậy, phép chia cho kết quả khác 0 thì có nghĩa là quá trình truyền tin đã

bị lỗi Phép chia cho kết quả bằng 0 thì cha chắc quá trình truyền tin đã không bịlỗi (vì trong nhiều trờng hợp E(x) có thể bằng 0 hoặc có thể khác 0 và chia hết

cho G(x) E(x) trong trờng hợp này gọi là đa thức lỗi Mỗi bit 1 trong E(x) tơngứng với một bit của xâu gốc đã bị đảo ngựơc,ta gọi là lỗi bit đơn.

+ Trờng hợp lỗi bit đơn thì E(x)=xi với (i<m+n) thì i xác định vị trí của bitlỗi, E(x) chứa 2 hoặc nhiều số hạng thì E(x) không thể nào chia hết (mod2) choG(x) đợc nên mọi lỗi đơn đều đợc phát hiện

+ Nếu có hai lỗi bit đơn cách nhau, lúc đó

E(x)= xi +xj với (i>j), thì ta có thể viết : E(x) =xj (xi-j +1)

Để phát hiện lỗi kép này thì ta phải chọn G(x) sao cho xj và xi-j không chiahết cho G(x)

+ Nếu có một số lẻ bit lỗi thì ta phải chọn G(x) có thừa số (x+1) thì có thểphát hiện mọi lỗi

+ Nếu có lỗi nhóm (một nhóm bit có bit đầu và bit cuối bị lỗi) thì nếu chọn

đa thức sinh bậc n thì mỗi lỗi nhóm có độ dài <= r đều đợc phát hiện đợc

Ngày nay, có 3 đa thức sinh đợc xem nh là chuẩn quốc tế

Ví dụ:

Xâu truyền đi là 11001 b bit parity có giá trị là 1

101011101 bit parity có giá trị là 0

Phơng pháp kiểm tra chẵn lẻ đơn giản nhất là VRC, phơng pháp này tuy

đơn giản nhng không định vị đợc lỗi, nghĩa là nó không thể sữa đợc lỗi mà chỉphát hiện và yêu cầu bên phát truyền đi Đồng thời, phơng pháp này chỉ pháthiện lỗi đơn mà không thể phát hiện nếu hai bit trong cùng một xâu bị lỗi

Để khắc phục nhợc điểm trên thì ngời ta dùng thêm phơng pháp LCR LCRkiểm tra bit parity cho từng khối các ký tự Kết hợp đồng thời cả hai phơng pháp

sẽ cho phép kiểm soát lỗi theo cả hai chiều, nâng cao hiệu quả đáng kể so vớiviệc dùng từng phơng phát riêng lẻ

Bạn muốn hiểu rõ thêm về các phơng pháp kiểm soát lỗi thì đọc thêm trongcác giáo trình truyền số liệu

1.3.2 Kiểm soát luồng dữ liệu.

Cũng nh quá trình kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng dữ liệu cũng là vấn đề đợccác nhà thiết kế mạng rất quan tâm Đặc biệt là do nguyên nhân sau đây

Quá trình dữ liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh khả năng và chiến lợc cấpphát tài nguyên của mạng

Trong thực tế thì khả năng tài nguyên của mạng là có hạn, việc cấp phát tàinguyên lại quá tĩnh không thích nghi với trạng thái động của mạng thì sẽ dẫn

đến tình trạng các PDU dồn về một mạng nào đó làm tắt nghẽn giao thông Đồngthời một số trạm thì lu lợng dữ liệu qua nó quá thấp, gây lãng phí

Chính vì vậy mà phải có cơ chế kiếm soát luồng dữ liệu cho toàn mạng

1 Phơng pháp thông thờng.

a.Phơng pháp giới hạn tải chung của mạng.

Nguyên lý của phơng pháp này là duy trì tổng số PDU đợc lu chuyển trongmạng luôn luôn nhỏ hơn một giá trị ngỡng cho phép nào đó Giá trị ngỡng nàyphụ thuộc vào tài nguyên của từng mạng và quá trình hoạt động của mạng Đểlàm đợc điều đó, mỗi mạng phải tạo cho mình N vé, mỗi PDU muốn vào mạngthì phải có “vé” Vé chính là một thẻ bài hay là một vùng thông tin điều khiểngắn vào PDU Khi khởi tạo mạng ngời quản trị mạng sẽ căn cứ vào khả năngthực tế của mạng mà phân chia vé cho mỗi trạm Mỗi trạm chỉ đợc phép dùng

Phơng pháp này rất khó khăn trong việc xác định mức ngỡng cho phép, việc

điều tiết vé theo lu lợng của mạng sẽ làm cho phần mềm của mạng sẽ rất phứctạp Ngoài ra, việc trùng lặp hay mất vé cũng là một vấn đề phải đợc xử lý

b.Phơng pháp phân tán chức năng kiểm soát cho các trạm trên mạng.

Tuỳ thuộc vào khả năng tài nguyên cục bộ của từng trạm mà các trạm tựkiểm soát luồng dữ liệu đi qua Để tránh đợc hiện tợng ùn tắc giao thông tại cáctrạm, tài nguyên dùng để chuyển một PDU sẽ đợc cấp phát trớc Việc cấp phátnày đợc thực hiện thông qua các liên kết lôgic giữa các thực thể truyền thôngtheo mô hình OSI

đổi thành 7 hay 127 thông qua thủ tục phụ

Kiểm soát luồng dữ liệu thực hiện ở cả hai chiều từ DTE đến DCE và ngợclại

Các tham số P(S) và P(R) tơng tự nh tham số N(R) và N(S) trong HDLC.P(S) chỉ số thứ tự của gói tin, P(R) chỉ số hiệu gói tin đang chờ để nhận Chính vìvậy, P(R) chính là vé thông hành cho phép nhận dịch chuyển cửa sổ tơng ứng

b.Tầng giao vận.

Đối với tầng giao vận thì giao thức chuẩn cho tầng này đợc chia làm 5 lớp

nh chúng tôi đã đề cập Thủ tục kiểm soát luồng dữ liệu đợc cài đặt trong lớp 2,3

và 4

Các TPDU mang dữ liệu DT đợc đánh số thứ tự và một giá trị tín dụng gởi

đi trong giai đoạn thiết lập liên kết thông qua CR hay CC Giá trị của thẻ tíndụng chính là số lợng các TPDU dữ liệu tối đa đợc truyền đi

+ Xác xuất chính là công cụ dùng để đánh hiệu suất hoạt động và mô tả sự

cố khi một số thiết bị của mạng bị sự cố tại những thời điểm khác nhau

+ Hiệu suất chính là các tính năng kỹ thuật của hệ thống nh tỷ suất lỗi,thông lợng, độ trẻ

+ Thời gian là một yếu tố quan trọng vì ta phải xác định trớc xác suất một

hệ thống ở trạng thái hoạt động tại thời điểm nhất định khi ta muốn hệ thống + Điều kiện làm việc bao gồm các yếu tố nh vị trí địa lý của hệ thống, cáctác động của môi trờng

Ta có thể đánh giá độ tin cậy thông qua độ kết nối Một mạng có độ tin cậycao là mạng kết nối có độ d thừa về đờng truyền hoặc thiết bị Khi có sự cố một

số đờng truyền hay một mạng nút mạng thì vẫn hoạt động bình thờng

Hiện nay, với ứng dụng của lý thuyết xác suất, ngời ta có thể đánh giá độtin cậy thông qua các phép đo các thông số nh- hàm đo độ tin cậy, hàm đo độsẵn, thời gian trung bình gặp sự cố, thời gian trung bình để sửa và thời gian trungbình giữa các sự cố

2 Phơng pháp nâng cao độ tin cậy.

Ta có thể nâng cao độ tin cậy của mạng bằng cách phân tán các thiết bị điềukhiển và giảm thiểu số lợng các thiết bị mạng đang hoạt động, tạo ra độ d thừa

về đờng truyền và nút mạng Mạng vòng là mạng hay bị sự cố thì ta vẫn có thểkhắc phục bằng hai kỹ thuật cơ bản- kỷ thuật vòng tránh sự cố và sự tuần tự khắcphục

Vi phạm thụ động chỉ là việc nắm bắt thông tin, biết đợc gởi ngời nhận vàcác thuộc tính của dữ liệu Vi phạm này không làm sai lệch, huỷ hoại nội dung

và luồng thông tin trao đổi trên mạng Vi phạm này rất khó phát hiện nhng cóthể ngăn chặn đợc

Vi phạm chủ động là loại vi phạm có thể làm biến đổi, xoá bỏ, sai lệch, làmtrễ hay thay đổi trật tự các gói thông tin Ngoài ra, có thể có các gói tin nào đóchèn vào mạng nội dung xấu Vi phạm này rất dễ phát hiện nhng lại khó ngănchặn

Kẻ vi phạm luôn quan tâm đến vấn đề săn lùng thông tin, chúng có thểthâm nhập vào bất cứ lúc nào mà thông tin kẻ vi phạm cần đi qua hay đang đ ợc

lu trữ Điểm thâm nhập có thể trên đờng truyền, trên máy chủ hay có thể trên cácthiết bị nh hub, router Ngoài ra còn có thể bị thâm nhập qua các thiết bị ngoại

vi nh - bàn phím, màn hình Hiện nay các kẻ vi phạm còn có thiết bị hiện đại cóthể thu các tia phát xạ từ các thiết bị mạng giải mã chúng, hay có thể sử dụngcác tia bức xạ tác động lên máy gây lỗi và các sự cố đối với các thiết bị mạng.Với những kẻ phá hoại có đủ kỷ sảo và thời gian, chúng có khả năng để pháhoại vì an toàn vẫn là vấn đề mà ngời thiết kế và quản trị mạng luôn luôn phảitrăn trở Cho dù hệ thống bảo vệ có chắc chắn đến đâu đi nữa thì đến một lúc nàocũng có thể bị phá vỡ

Mọi vấn đề đều có tính tơng đối, nên giải pháp an toàn cũng có tính chất

t-ơng đối Hiện nay, ngời ta thờng sử dụng đồng thời nhiều mức bảo vệ khác nhau,chủ yếu là bảo vệ thông tin cất giữ trong các server của mạng

Các lớp bảo vệ nh sau

+ Lớp bảo vệ ngoài cũng thờng gọi là tờng lửa Đó là một hệ thống có thểphần cứng, phần mềm hay cả cứng và mềm Hệ thống này dùng để bảo vệ từ xa

một máy tính hay một mạng Tờng lửa dùng để ngăn chặn các thâm nhập tráiphép và có thể lọc bỏ các gói tin mà không muốn gởi đi hay nhận Trong môi tr-ờng liên mạng Internet, tờng lửa đặt giữa mạng nội bộ và Internet dùng để ngăncách tài nguyên của mạng nội bộ và thế giới Internet bên ngoài.

+ Lớp bảo vệ vật lý dùng để ngăn chặn các thâm nhập vật lý bất hợp phátvào hệ thống

+ Mã hoá dữ liệu là phơng pháp biến đổi từ một dạng nhận thức đợc sangmột dạng không nhận thức đợc theo thuật toán nào đó tại trạm phát và sẽ biến

đổi ngợc lại tại trạm thu Đây là một lớp bảo vệ quan trọng và rất có hiệu quảvấn đề an toàn mạng

+ Lớp đăng ký tên/mật khẩu là lớp kiểm soát quyền truy nhập hệ thống

Đây là phơng pháp bảo vệ phổ biến trong tất cả hệ thống mạng vì nó đơn giản, ítphí tổn và cũng rất có hiệu quả Mỗi ngời sử dụng muốn vào mạng phải đăng ký,tên và mật mã trớc Ngời quản lý mạng có trách nhiệm quản lý, kiểm soát mọihoạt động của mạng và xác định quyền truy nhập của ngời sử dụng khác tuỳ theokhông gian và thời gian

+ Quyền truy nhập là lớp bảo vệ nhằm kiểm soát tài nguyên của mạng vàquyền hạn của tài nguyên đó

Hình 1.10 Mô hình lớp bảo vệ thông tin

1.3.5 Quản trị mạng.

Dựa trên quan điểm chức năng đơn thuần thì ngời quản trị mạng thông quamột hệ thống quản trị mạng có nhiệm vụ đảm bảo sự hoạt động hoàn hảo của hệthống Có nghĩa rằng phải cài đặt và cấu hình các thiết bị phần cứng cũng nhphần mềm làm cho mạng hoạt động đúng yêu cầu của ngời sử dụng Nh vậy hệthống quản trị mạng là gì

1 Hệ quản trị có tiến trình quản trị

Cung cấp giao diện giữa ngời quản trị mạng và các thiết bị đợc quản trị.Bên cạnh đó, nó còn đo lu lợng đờng truyền, tốc độ truyền của địa chỉ vật lý củagiao diện LAN trên một router Hệ quản trị còn hiển thị các dữ liệu quản trị,thống kê

T ờng lửa

Bảo vệ vật lýMã hoá dữ liệu

Đăng ký tên

Quyền truy nhập

Thông tin(Information)

2.Hệ bị quản trị gồm có.

Tiến trình Agent thực hiện các thao tác quản trị mạng nh cài đặt các tham số

cấu hình và các thống kê hoạt động hiện hành cho một router và các đối tợng

quản trị nh các trạm làm việc, các hub

Trong một mạng máy tính thì một máy tính mạnh sẽ thực hiện các chứcnăng của hệ quản trị cón các thiết bị liên mạng cha các chơng trình Agent Cácthiết bị liên mạng có chức năng khác nhau và do nhiều hãng sản xuất khác nhaunên các Agent cũng khác nhau

CHƯƠNG II Giới thiệu về TCP/IP

2.1 Sơ lợc về giao thức TCP/IP

2.1.1 Các lớp và giao thức TCP/IP

Mô hình tham chiếu 7 lớp OSI đã đợc phát minh trớc khi có internet Dovậy mô hình này đã có những lớp không phù hợp với giao thức internet Hơnnữa, mô hình này đã dành toàn bộ một lớp cho một bộ giao thức mà điểu này trởnên kém quan trọng bằng hệ thống máy tính đã thay đổi từ các hệ thống phân chithời gian lớn thành các máy trạm riêng Do vậy các nhà nghiên cứu mà phát triểngiao thức TCP/IP đã phát minh ra mô hình lớp mới

Mô hình phân lớp TCP/IP hay còn gọi là mô hình phân lớp Internet hay môhình tham chiếu Internet (Internet Reference Model) có 5 lớp nh trên hình sau

Lớp 4 Lớp 3 Lớp 2 Lớp 1

Truyền tảiLiên mạng Nối ghép mạng Vật lý

Hình 2.1 Năm lớp của mô hình tham chiếu TCP/IP

4 lớp của mô hình tham chiếu TCP/IP tơng ứng với một hoặc nhiều lớptrong mô hình tham chiếu OSI

Lớp 2 chỉ ra cách thức dữ liệu đợc tổ chức trong frame và máy tính truyền

đi các frame nh thế nào, tơng tự nh lớp 2 trong mô hình tham chiếu OSI

Lớp 3: Internet

Lớp 3 chỉ ra định dạng các gói tin đợc truyền qua internet và cơ chế sử dụng

để truyền tiếp các gói tin từ một máy tính thông qua một hoặc nhiều router đếnmáy tính đích

2.1.2 Máy chủ, router và các lớp giao thức

TCP/IP định nghĩa ra thuật ngữ máy chủ (host computer) để chỉ bất kỳ hệthống máy tính nào mà đợc nối với internet và có chạy các ứng dụng Hostcomputer có thể chỉ là một máy tính cá nhân nhỏ nhng cũng có thể là máymainframe lớn Hơn nữa, CPU của máy chủ có thể là nhanh hay chậm, bộ nhớlớn hay bé và mạng mà có máy chủ nối kết có thể có tốc độ nhanh hay chậm.Giao thức TCP/IP cho phép bất kỳ một cặp máy chủ nào cũng có thể giao tiếpvới nhau bất chấp sự khác nhau về phần cứng

Cả máy chủ và router đều cần đến phần mềm giao thức TCP/IP Tuy nhiên,router không sử dụng giao thức trong tất cả các lớp Đặc biệt router không cầngiao thức lớp 5 cho các ứng dụng nh là việc truyền file bởi vì router không chạycác ứng dụng đó

2.2.Địa chỉ IP

2.2.1 IP_ Địa chỉ giao thức internet

Mục đích của liên mạng là tạo ra một hệ thống truyền thông đồng nhất Để

đạt đợc điều này, phần mềm giao thức internet phải ẩn đi mọi chi tiết về cácmạng vật lý và đa ra những đặc điểm thuận lợi của một mạng ảo Sự hoạt độngcủa mạng ảo giống nh bất kỳ mạng nào khác, cho phép các máy tính truyền vànhận các gói tin Sự khác biệt cơ bản giữa internet và một mạng vật lý đó làinternet chỉ là một mạng hoàn toàn trừu tợng đợc hình dung ra bởi ngời thiết kế

nó và đợc tạo ra bằng phần mềm Những ngời thiết kế tự do lựa chọn địa chỉ,

định dạng gói tin, và kỹ thuật truyền tin độc lập với phần cứng vật lý cụ thể

Địa chỉ là một thành phần khó nhất của mạng internet Để tạo ra đợc một hệthống đồng bộ, tất cả các máy tính phải có một cơ chế đánh địa chỉ đồng bộ Nh-

ng các địa chỉ vật lý của mạng không thể dùng đợc bởi một mạng internet có thểgồm nhiều công nghệ mạng khác nhau và mỗi công nghệ có một định dạng địachỉ của riêng nó Do vậy, các địa chỉ của hai công nghệ mạng khác nhau có thểkhông tơng thích với nhau bởi vì chúng khác nhau về kích thớc và định dạng

Để đảm bảo sự đồng bộ về địa chỉ trên tất cả các host, phần mềm giao thức

định nghĩa một cơ chế đánh địa chỉ mà hoàn toàn độc lập với địa chỉ phần cứng.Mặc dù cơ chế đánh địa chỉ cho internet là trừu tợng tạo ra bởi phần mềm, nhng

các địa chỉ giao thức sử dụng đối với các đến các đích trong mạng ảo cũng giống

nh là cách mà địa chỉ phần cứng sử dụng trong mạng vật lý Để truyền gói tinqua mạng internet, máy gửi để địa chỉ giao thức của máy đích trong gói tin vàtruyền gói tin đó đến phần mềm giao thức để truyền đi Phần mềm sẽ sử dụng địachỉ giao thức đích kho nó chuyển tiếp các gói tin này qua mạng internet đến máytính đích

Để tạo ra một địa chỉ đồng bộ trong mạng internet, phần mềm giao thức

định nghĩa ra một cơ chế đánh địa chỉ trừu tợng mà mỗi host đợc thiết lập một

địa chỉ duy nhất Ngời sử dụng , các chơng trình ứng dụng và các lớp phần mềmgiao thức cao hơn sử dụng địa chỉ trừu tợng này để giao tiếp với nhau

2.2.2 Cơ chế đánh địa chỉ IP

Trong stack giao thức TCP/IP, địa chỉ đợc quy định bởi giao thức liên mạng(IP - internet protocol) Chuẩn IP quy định mỗi host đợc thiết lập một số 32 bitduy nhất gọi là địa chỉ giao thức liên mạng của host, hay thờng đợc viết tắt là địachỉ IP hoặc địa chỉ internet Mỗi gói tin gửi qua mạng đều có chứa địa chỉ IP 32bit của máy gửi và địa chỉ của máy nhận Do vậy, để truyền thông tin qua mạngTCP/IP, một máy tính cần biết địa chỉ IP của máy tính cần truyền đến

1 Phân cấp địa chỉ IP

Mỗi địa chỉ IP 32 bit đợc chia thành hai phần: phần đầu và phần cuối; phâncấp làm hai mức để dễ dàng cho việc định tuyến Phần đầu địa chỉ xác địnhmạng vật lý mà máy tính nối vào, còn phần sau xác định địa chỉ của từng máytính nối trong mạng đó Do vậy, mỗi mạng vật lý trong liên mạng đợc thiết lậpmột giá trị duy nhất gọi là số của mạng (network number) Số của mạng xuấthiện trong phần đầu của địa chỉ của mỗi máy tính nối mạng đó Hơn nữa, mỗimáy tính trong mạng vật lý cụ thể cũng đợc thiết lập một giá trị duy nhất là phầnsau của địa chỉ

Mặc dù không có hai mạng nào có thể cùng có một giá trị network number

và không có hai máy tính nào trong cùng một mạng có cùng giá trị phần sau,

nh-ng một giá trị phần sau có thể sử dụnh-ng tronh-ng một hoặc nhiều mạnh-ng khác nhau Ví

dụ, nếu liên mạng gồn có 3 mạng, chúng có thể đánh số các mạng là 1, 2 và 3

Ba máy tính nối với mạng 1 có thể có giá trị phần sau là 1, 3 và 5, trong khi 3máy tính nối mạng 2 có thể thiết lập giá trị phần sau là 1, 2 và 3

Sự phân cấp địa chỉ IP phải đảm bảo hai tính chất quan trọng sau:

 Mỗi máy tính có một giá trị địa chỉ duy nhất

 Mặc dù việc thiết lập giá trị network number phải đợc phối hợp trên toànmạng, nhng phần sau của địa chỉ có thể thiết lập một cách cục bộ

Tính chất thứ nhất luôn đợc đảm bảo bởi vì một địa chỉ đầy đủ có cả phần

đầu và phần sau, và chúng đợc thiết lập đảm bảo tính duy nhất Nếu hai máy tínhnối với hai mạng vật lý khác nhau, địa chỉ của chúng sẽ khác nhau ở phần đầu.Nếu hai máy tính nối với cùng một mạng vật lý thì địa chỉ của chúng khác nhau

để đa ra sự chọn lựa bởi vì thêm một bit vào phần này đồng nghĩa với việc giảmmột bit của phần kia Việc chọn lựa phần đầu lớn thích hợp cho nhiều mạng nh-

ng điều đó lại giới hạn kích thớc của mỗi mạng; nếu chọn phần sau lớn thì mỗimạng vật lý có thể chứa nhiều máy tính nhng lại bị giới hạn về tổng số mạng.Bởi vì một liên mạng có thể có các công nghệ mạng bất kỳ nên một liênmạng có thể có một số ít các mạng lớn trong khi một liên mạng khác lại có thể

có nhiều mạng nhỏ Quan trọng hơn, một liên mạng có thể là sự kết hợp của cảmạng lớn và mạng nhỏ Kết quả là ngời thiết kế phải chọn lựa cơ chế đánh địachỉ sao cho thoả mãn đợc sự thích hợp với cả mạng lớn và mạng nhỏ Cơ chếchia địa chỉ IP thành 3 lớp cơ bản, trong đó mỗi lớp có kích thớc các phần khácnhau

Bốn bit đầu của mỗi địa chỉ quyết định địa chỉ đó thuộc lớp nào, và chỉ raphần còn lại của địa chỉ đợc chia thành các phần nh thế nào Hình dới đây minhhoạ 5 lớp địa chỉ, các bit đầu để xác định các lớp và sự phân chia của phần đầu

và phần sau Các con số quy ớc việc sử dụng số bit của giao thức TCP/IP từ tráiqua phải và số 0 là bit đầu tiên

01234 8 16 24 31 bits

5 lớp của địa chỉ IP trong đó địa chỉ để thiết lập cho các máy là thuộc lớpA,B hoặc C.

Lớp A, B và C gọi là các lớp cơ bản bởi vì chúng sử dụng cho địa chỉ củacác host Lớp D sử dụng cho multicast để dùng cho một tập các máy tính Để sửdụng địa chỉ multicast, một tập các máy trạm phải thoả thuận dùng chung một

địa chỉ multicast Mỗi khi một nhóm multicast đợc thiết lập, một bản sao của bất

kỳ gói tin nào chuyên đến địa chỉ multicast đều đợc chuyển đến tất cả các máytrạm thuộc nhóm multicast

Nh trên hình vẽ ta thấy, các lớp cơ bản sử dụng đơn vị byte để phân chia địachỉ thành phần đầu và phần sau Lớp A xác định ranh giới giữa byte đầu tiên vàbyte thứ hai Lớp B xác định ranh giới giữa byte thứ hai và byte thứ ba, và lớp Cranh giới giữa byte thứ 3 và thứ 4

3 Tính toán các lớp của một địa chỉ

Phần mềm IP tính lớp của địa chỉ đích mỗi khi nó nhận đợc một gói tin Vì

sự tính toán này đợc lặp lại thờng xuyên, nên nó phải hết sức hiệu quả Địa chỉ Ipgọi là địa chỉ tự nhận dạng bởi vì lớp của địa chỉ có thể tính đợc từ bản thân địachỉ đó

Một phần nguyên nhân của việc sử dụng các bit đầu để biểu thị từng lớp địachỉ thay vì sử dụng khoảng giá trị xuất phát từ việc nghiên cứu sự tính toán: sửdụng các bit có thể làm giảm thời gian tính toán Đặc biệt, một vài máy tính cóthể kiểm tra các bit nhanh hơn việc so sánh giữa các số nguyên Ví dụ, trên máytính có các lệnh logic and và shift và tìm chỉ số, 4 bit đầu có thể đợc lấy ra và sửdụng một bảng chỉ số để xác định lớp của địa chỉ Hình sau minh hoạ nội dungcủa bảng sử dụng để tính toán

4 bit đầu của

Hình 2.3 Bảng sử dụng để tính các lớp địa chỉ 4 bit đầu tiên của địa chỉ

Nh trên bảng ta thấy, 8 tổ hợp bắt đầu bằng số 0 thuộc lớp A 4 tổ hợp bắt

đầu bằng 10 thuộc lớp B, và 2 tổ hợp bắt đầu bằng 110 thuộc lớp C Một địa chỉbắt đầu bằng 111 thuộc lớp D và cuối cùng một địa chỉ bắt đầu bằng 1111 thuộclớp E là lớp để dự phòng cha sử dụng đến

Hình 4 ví dụ về số 32 bit nhị phân và dạng thập phân chấm tơng đơng Mỗi byte

đợc viết thành số thập phân và dùng dấu chấm để phân tách các byte

Thập phân chấm coi mỗi byte là một số nguyên nhị phân không dấu Nhtrong ví dụ cuối cùng, giá trị nhỏ nhất có thể là 0 xuất hiện khi toàn bộ các bit là

0 và giá trị lớn nhất có thể là 255 khi toàn bộ các bit là 1 Do vậy, địa chỉ thậpphân chấm chỉ nằm trong khoảng từ 0.0.0.0 đến 255.255.255.255

Hình 2.4 khoảng giá trị thập phân thuộc byte đầu tiên của mỗi lớp địa chỉ

Sự phân chia các khoảng địa chỉ

Cơ chế lớp địa chỉ IP không chia địa chỉ 32 bit thành các khoảng bằng nhaugiữa các lớp, và các lớp không có chứa cùng một số mạng Ví dụ, hơn một nửa

số địa chỉ IP (những địa chỉ mà có bit đầu bằng 0) thuộc lớp A Lớp A chỉ có thểchứa 128 mạng bởi vì bit đầu của địa chỉ lớp A là 0 và phần đầu của địa chỉ này

là 1 byte Do vậy chỉ có 7 bit còn lại là sử dụng để đánh số các mạng Hình sautóm tắt số các mạng lớn nhất có thể trong mỗi lớp và số máy trạm lớn nhất trênmỗi mạng

Lớp địa chỉ Số bit thuộc

phần đầu Số mạng lớnnhất Số bit phần sau Số máy trạmlớn nhất mỗi

mạng

Hình 2.5: số mạng lớn nhất và máy trạm trên mỗi mạng với 3 lớp địa chỉ IP

Nh trên bảng ta thấy, số bit cho mỗi phần đầu và phần cuối của mỗi lớp địachỉ quyết định các số giá trị duy nhất có thể có để thiết lập Ví dụ, phần đầu của

n bit cho phép có 2n số mạng duy nhất, trong khi phần cuối có n bit sẽ có 2n sốmáy trạm cho mỗi mạng

5 Nơi quản lý các địa chỉ

Trên toàn bộ mạng, mỗi mạng phải có giá trị địa chỉ duy nhất Đối với cácmạng kết nối Internet toàn cầu, một tổ chức có thể lấy số các mạng từ các công

ty cung cấp dịch vụ kết nối Internet Các công ty đó gọi là nhà cung cấp dịch vụInternet (Internet Service Provider - ISP) Các nhà cung cấp dịch vụ Internet phốihợp với tổ chức trung tâm là nơi quản lý đánh số điạ chỉ Internet (internetAssigned Number Authority), để đảm bảo số cấp cho mỗi mạng là duy nhất trêntoàn mạng

Với liên mạng riêng biệt, việc chọn số cho mỗi mạng có thể đợc quyết địnhbởi tổ chức ấy Để đảm bảo rằng mỗi phần đầu của địa chỉ là duy nhất, mộtnhóm xây dựng liên mạng quyết định việc phối hợp thiết lập các giá trị Thôngthờng, ngời quản trị mạng thiết lập phần đầu địa chỉ cho tất cả các mạng trongliên mạng của công ty đó để đảm bảo các giá trị đó không bị trùng nhau

2.2.3 Ví dụ về một cách đánh địa chỉ

Một ví dụ sẽ làm sáng tỏ ý tởng và giải thích việc thiết lập các địa chỉ trongthực tế Hãy xem xét một tổ chức chọn lựa để xây dựng liên mạng TCP/IP gồm

có 4 mạng vật lý Tổ chức này phải mua các router để nối kết 4 mạng đó, và sau

đó phải thiết lập địa chỉ IP Để bắt đầu, tổ chức sẽ chọn lựa một giá trị duy nhấtcho mỗi mạng để làm phần đầu địa chỉ

Khi đã thiết lập giá trị cho phần đầu của địa chỉ, các giá trị số sẽ đợc chọnlựa theo lớp A, B và C tuỳ vào kích thớc của mạng vật lý Thông thờng các mạngthiết lập địa chỉ thuộc lớp C trừ phi lớp B thực sự cần thiết còn lớp A thì hiếm khi

đợc lựa chọn bởi rất ít mạng có thể chứa tới 65536 máy trạm Đối với mạng kếtnối Internet toàn cầu, nhà cung cấp dịch vụ sẽ thực hiện việc chọn lựa Đối vớicác liên mạng lẻ, ngời quản trị mạng sẽ lựa chọn lớp địa chỉ

Hãy để ý ví dụ về liên mạng riêng lẻ đã nói ở trên ngời quản trị mạng sẽ ớc