Bài 4. Giao thức mạng

SAU BÀI HỌC NÀY EM SẼ:

Khi được hỏi mạng Internet là gì, không ít người sẽ trả lời là web, chat, thậm chí là một mạng xã hội cụ thể. Cũng có người hiểu Internet là mạng máy tính giúp kết nối toàn cầu. Những câu trả lời đó là cách nhìn Internet về phương diện sử dụng mà không phải cơ chế hoạt động của nó. Câu trả lời chính xác về mặt kĩ thuật là: Internet là mạng máy tính toàn cầu hoạt động theo giao thức TCP/IP. Vậy giao thức mạng nói chung là gì và giao thức TCP/IP có vai trò gì đối với mạng Internet?

1. GIAO THỨC MẠNG

Hoạt động 1

Khi gửi thư qua Internet, ngoài nội dung văn bản của thư, cần có thêm các thông tin gì phục vụ cho việc chuyển thư? Các thông tin này sẽ được xử lí thế nào bởi các phần mềm gửi, nhận thư?

Như vậy, cần có một phần mềm soạn thảo thư theo định dạng đã định và đóng gói toàn bộ dữ liệu gồm nội dung thư, địa chỉ người gửi và người nhận, các tệp đính kèm nếu có, rồi chuyển qua Internet tới máy chủ thư điện tử tương ứng với người nhận.

Ngoài nội dung thư dưới dạng văn bản, thư điện tử mang thông tin địa chỉ (ví dụ nguyenquang2003@gmail.com), các tệp đính kèm nếu có, theo một định dạng chặt chẽ.

Máy chủ thư điện tử sẽ xử lí thư đến, nếu có người nhận đúng như địa chỉ, nó sẽ lưu vào hộp thư của người nhận. Ngược lại, nó sẽ tạo một thư báo lỗi chuyển ngược lại người gửi.

Tất cả các quy định trên có mục đích làm rõ định dạng và ý nghĩa của các thành phần dữ liệu, qua đó xác định cách thức xử lí dữ liệu của phần mềm gửi và nhận thư.

Người nhận dùng một phần mềm truy cập đến hộp thư, tải thư về. Phần mềm nhận thư sẽ tách các thành phần dữ liệu để lấy lại địa chỉ người gửi, người nhận, nội dung thư và danh sách các tệp đính kèm nếu có để có thể tải về.

Tập hợp các quy định về cách thức giao tiếp giữa các đối tượng tham gia truyền nhận dữ liệu qua mạng là giao thức mạng (network protocol), còn gọi là giao thức truyền thông. Tất cả các hoạt động truyền thông trên mạng đều cần có giao thức giúp việc gửi, nhận dữ liệu chính xác, tin cậy và hiệu quả.

Trong ví dụ trên, các quy định liên quan đến việc gửi thư có tên là giao thức SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), còn các quy định về cách nhận lấy thư có tên là giao thức POP3 (Post Office Protocol, phiên bản 3) hoặc IMAP (Internet Message Access Protocol). Ví dụ: Giao thức Ethernet về truyền tin trong mạng cục bộ. Việc trao đổi dữ liệu giữa các máy tính trong mạng cục bộ tuân thủ theo một giao thức, cũng gọi là Ethernet, với một số quy định chính như sau:

2. GIAO THỨC TCP/IP

Hoạt động 2

Hãy thảo luận và trả lời câu hỏi sau: Những quy định nào sau đây cần có với vai trò là giao thức mạng trên Internet?

Các quy định b và c chỉ phục vụ hoạt động sử dụng Internet chứ không phục vụ cho chính các hoạt động truyền dữ liệu.

Quy định a là cần thiết. Cần có địa chỉ mới có thông tin để dẫn đường; quy định d cần thiết để đảm bảo việc truyền dữ liệu chính xác và tin cậy. Hai quy định này có liên quan đến hai giao thức quan trọng nhất của Internet là IP (Internet Protocol) và TCP (Transmission Control Protocol).

Giao thức IP có hai nội dung chính là cách đánh địa chỉ và định tuyến để dẫn dữ liệu từ LAN của máy gửi đến LAN của máy nhận.

Mỗi thiết bị tham gia Internet đều có địa chỉ IP. Hiện nay có hai loại địa chỉ IP là IPv4 và IPv6. Sau đây chúng ta chỉ xét các địa chỉ IPv4 và gọi tắt là địa chỉ IP. Mỗi địa chỉ IP là một số 4 byte. Người ta thường viết các địa chỉ IP theo kiểu "dot decimal", giá trị của mỗi byte được viết trong hệ thập phân và phân tách nhau bởi các dấu chấm, ví dụ 192.168.1.3.

Các gói tin được gửi đi trên đường truyền vật lí. Máy tính nhận tin qua địa chỉ MAC nếu địa chỉ MAC của gói tin trùng với địa chỉ MAC của nó.

Định tuyến

Các gói tin gửi đi trên Internet luôn được gán địa chỉ IP của máy tính gửi và máy tính nhận. Để gói tin được chuyển đi trên đường vật lí, nó cần được gán thêm địa chỉ MAC của máy tính nhận. Có một giao thức của mạng hỗ trợ lấy địa chỉ MAC theo địa chỉ IP. Trường hợp IP của máy tính nhận nằm ngoài LAN thì yêu cầu tìm địa chỉ MAC theo IP của máy tính nhận sẽ được thay bằng tìm địa chỉ MAC theo IP của một thiết bị định sẵn. Thiết bị đó chịu trách nhiệm chọn đường chuyển gói tin ra Internet và, do vậy, được gọi là router.

Router có ít nhất hai cổng WAN kết nối với các router khác trên mạng Internet. Khi nhận được một gói dữ liệu từ trong mạng gửi đi, nó sẽ chọn cổng thích hợp trong số nhiều cổng để gửi tới đích. Cách thức chọn cổng là nội dung chính của việc định tuyến (chọn đường) chuyển dữ liệu.

Theo phương pháp định tuyến tĩnh, mỗi router có một bảng (Bảng 4.1) hướng dẫn nhóm địa chỉ nào sẽ gửi theo cổng nào. Các router bao giờ cũng có một cổng mặc định, theo đó nếu địa chỉ đến không có trong bảng hướng dẫn thì gói dữ liệu sẽ được gửi theo cổng mặc định.

Địa chỉ	Cổng	Ghi chú
126.13.	Mỹ, mặc định
172.18.2		Hồng Kông
113.23.12.	Singapore
230.17.	Thái Lan

Router đóng vai trò như các bưu cục tiếp nhận bưu phẩm, mà bảng định tuyến tương ứng với bảng đường đi của các xe chuyển bưu phẩm. Ví dụ ở Hình 4.1 minh hoạ bảng chỉ đường ở bưu cục Bắc Ninh có chỉ dẫn đi Quảng Ninh theo đường 18, đi Thái Nguyên theo đường 286, đi Hưng Yên theo đường 38 và đi Hà Nội theo đường 1 (đường mặc định) nhưng không có chỉ dẫn đi tới Cần Thơ. Nếu có bưu phẩm chuyển qua bưu cục Bắc Ninh đến Cần Thơ, nó sẽ được chuyển theo "đường mặc định" về Hà Nội, sau đó được hướng dẫn đi tiếp. Phương pháp định tuyến động cho phép có thể thay đổi đường gửi đi tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể. Điều này tương tự như khi cần chuyển bưu phẩm từ Hà Nội về Quảng Ninh, bình thường bưu phẩm được chuyển tới Hải Phòng rồi chuyển tiếp tới Quảng Ninh. Nhưng nếu xe đi Hải Phòng đã quá tải mà có xe đi Bắc Ninh thì có thể thay đổi hành trình, chuyển tới Bắc Ninh rồi từ đó sẽ chuyển tiếp tới Quảng Ninh. Lập địa chỉ và định tuyến theo địa chỉ là các quy tắc đảm bảo liên kết các LAN trong phạm vi toàn cầu. Chúng làm thành giao thức liên mạng (Internet Protocol, viết tắt là IP).

Hãy tưởng tượng em được chia sẻ một thư mục trên máy của bạn và đang sao chép một tệp vào thư mục đó qua mạng, đồng thời em dùng một phần mềm khác để trao đổi (chat) với bạn. Như vậy máy tính của em và máy tính của bạn đang chạy hai phần mềm đồng thời với hai nhóm dữ liệu khác nhau. Liệu dữ liệu cho phần mềm này có bị chuyển nhầm cho phần mềm kia không? Giao thức IP chỉ đảm bảo dữ liệu từ mạng này đến mạng kia mà không đảm bảo dữ liệu đến một ứng dụng cụ thể trên một máy cụ thể.

Cần có quy định chi tiết hơn để đảm bảo kết nối tới mức ứng dụng. Mặt khác, cần đảm bảo việc truyền tin cậy, không có sai sót. Giao thức kiểm soát việc truyền dữ liệu (Transmission Control Protocol), viết tắt là TCP, đáp ứng cho các mục đích đó với những nội dung chính như sau:

Việc tách dữ liệu thành nhiều gói tin cho phép nhiều cuộc gọi khác nhau có thể được thực hiện xen kẽ nhau trên một đường truyền vật lí, giúp tận dụng được đường truyền. Khi gọi điện thoại giữa hai máy để bàn, mỗi cuộc gọi sẽ độc chiếm kênh truyền suốt thời gian nói chuyện, nhưng gọi điện qua Internet có thể thực hiện đồng thời hàng trăm cuộc gọi trên cùng một đường truyền.

Có nhiều giao thức liên quan đến Internet. Ví dụ, HTTP (Hypertext Transfer Protocol) là giao thức truyền tải siêu văn bản; giao thức DNS (Domain Name System) cho phép dùng hệ thống tên bằng chữ thay thế cho địa chỉ IP vốn khó nhớ, ví dụ có thể dùng moet.edu.vn cho địa chỉ máy chủ của Bộ Giáo dục và Đào tạo. Trong số đó, hai giao thức IP và TCP xác định cách kết nối và trao đổi dữ liệu có tính đặc thù của mạng toàn cầu. Chính vì thế, người ta thường coi Internet là mạng toàn cầu hoạt động theo giao thức TCP/IP.

LUYỆN TẬP

Địa chỉ IP dưới dạng nhị phân	Địa chỉ IP dưới dạng thập phân
11000000 10101000 00001101 11010010
11000000 10101000 00000011 00000111

Một trong các ứng dụng của giao thức này là lệnh ping của hệ điều hành, giúp kiểm tra máy tính của em có kết nối được với một máy tính hay một thiết bị mạng không. Hãy tìm hiểu lệnh ping và thử nghiệm sử dụng lệnh này.