TCP/IP - Những hiểu biết cơ bản

1. Định nghĩa :
TCP/IP là một hệ thống giao thức - một tập hợp các giao thức hỗ trợ việc lưu truyền trên
mạng. Và lời giải đáp cho câu hỏi: "Giao thức là gì?" phải được bắt đầu bằng: "Hệ thống
mạng là gì?"
Phần này sẽ đưa ra định nghĩa về một hệ thống mạng và lý do tại sao mạng lại cần các
giao thức. Bạn cũng sẽ tìm hiểu TCP/IP là gì, hoạt động ra sao và nó bắt nguồn từ đâu?
Mạng và giao thức
Một hệ thống mạng là tập hợp của nhiều máy tính hoặc các thiết bị tương tự, chúng có
thể liên lạc với nhau thông qua một trung gian truyền tải, như ở hình 1.1.
Trong phạm vi một hệ thống mạng, các yêu cầu và dữ liệu từ một
máy tính được chuyển qua bộ phận trung gian (có thể là dây cáp
mạng hoặc đường điện thoại) tới một máy tính khác. Trong hình
1.1, máy tính A phải có khả năng gửi thông tin hoặc yêu cầu tới
máy tính B. Máy tính B phải hiểu được thông điệp của máy tính A
và đáp lại bằng cách gửi hồi âm cho máy tính A.
Một máy tính tương tác với thế giới thông qua một hoặc nhiều ứng
dụng. Những ứng dụng này thực hiện các nhiệm vụ cụ thể và quản
lý dữ liệu ra và vào. Nếu máy tính đó là một phần của hệ thống
mạng, thì một trong số các ứng dụng trên sẽ có thể giao tiếp với các ứng dụng trên các
máy tính khác thuộc cùng hệ thống mạng. Bộ giao thức mạng là một hệ thống các quy
định chung giúp xác định quá trình truyền dữ liệu phức tạp. Dữ liệu đi từ ứng dụng trên
máy này, qua phần cứng về mạng của máy, tới bộ phận trung gian và đến nơi nhận, thông
qua phần cứng của máy tính đích rồi tới ứng dụng. (Xem hình 1.2).
Các giao thức TCP/IP có vai trò xác định quá trình liên lạc trong
mạng và quan trọng hơn cả là định nghĩa “hình dáng” của một đơn
vị dữ liệu và những thông tin chứa trong nó để máy tính đích có thể
dịch thông tin một cách chính xác. TCP/IP và các giao thức liên
quan tạo ra một hệ thống hoàn chỉnh quản lý quá trình dữ liệu được

Internet, giống như rất nhiều thành tựu công nghệ cao khác, bắt nguồn từ nghiên cứu của
Bộ Quốc phòng Mỹ. Vào cuối những năm 60, các quan chức Bộ này bắt đầu nhận thấy
lực lượng quân sự đang lưu giữ một số lượng lớn các loại máy tính, một số không được
kết nối, số khác được nhóm vào các mạng đóng, do các giao thức “cá nhân” không tương
thích.
“Cá nhân”, trong trường hợp này, có nghĩa là công nghệ đó do một nhóm nào đó kiểm
soát. Nhóm này có thể không muốn tiết lộ các thông tin liên quan về giao thức của mình
để những người sử dụng có thể kết nối.
Họ bắt đầu băn khoăn về khả năng chia sẻ thông tin giữa các máy tính này. Vốn quen với
vấn đề an ninh, Bộ Quốc phòng Mỹ lập luận rằng nếu có thể xây dựng được một mạng
lưới như thế thì nó dễ trở thành mục tiêu tấn công quân sự. Một trong những yêu cầu
trước hết của mạng lưới này là phải nằm phân tán. Các dịch vụ quan trọng không được
phép tập trung tại một số chỗ. Bởi vì bất kỳ điểm nào cũng có thể bị tấn công trong thời
đại tên lửa. Họ muốn nếu một quả bom đánh vào bất kỳ bộ phận nào trong cơ sở hạ tầng
đều không làm cho toàn bộ hệ thống bị đổ vỡ. Kết quả là mạng ARPAnet (Advanced
Research Projects Agency). Hệ thống giao thức hỗ trợ sự kết nối qua lại, phi tập trung là
khởi điểm của TCP/IP ngày nay.
Một vài năm sau, khi Hiệp hội Khoa học Quốc gia Mỹ muốn xây dựng một mạng lưới để
kết nối các tổ chức, họ áp dụng giao thức của ARPAnet và bắt đầu hình thành Internet.
Yếu tố phi tập trung của ARPAnet chính là một phần của sự thành công của TCP/IP và
Internet.
Hai đặc điểm quan trọng của TCP/IP tạo ra môi trường phi tập trung gồm:
Xác nhận mút đầu cuối - hai máy tính đang kết nối với nhau đóng vai trò hai đầu mút ở
mỗi đầu của dây truyền. Chức năng này xác nhận và kiểm tra sự trao đổi giữa 2 máy. Về
cơ bản, tất cả các máy đều có vai trò bình đẳng.
Định tuyến động - các đầu mút được kết nối với nhau thông qua nhiều đường dẫn, và các
bộ định tuyến làm nhiệm vụ chọn đường cho dữ liệu dựa trên các điều kiện hiện tại
(Trong các phần sau, hoạt động định tuyến và đường dẫn sẽ được đề cập chi tiết hơn).
Mạng cục bộ (LAN)
Khi Internet bắt đầu xuất hiện tại các trường đại học và viện nghiên cứu, một quan niệm

cần có cách để chia nhỏ mạng thành những phần nhỏ (gọi là tiểu mạng) và thiết lập các
cấp độ để thông tin có thể di chuyển tới đích một cách hiệu quả. TCP/IP cung cấp khả
năng chia tiểu mạng thông qua địa chỉ logic. Một địa chỉ logic là địa chỉ được thiết lập
bằng phần mềm của mạng. Trong TCP/IP, địa chỉ logic của một máy tính được gọi là địa
chỉ IP. Một địa chỉ IP bao gồm: mã số (ID) mạng, dùng để xác định mạng; ID tiểu mạng,
dùng để xác định vị trí tiểu mạng trong hệ thống; ID máy nguồn (chủ), dùng để xác định
vị trí máy tính trong tiểu mạng.
Hệ thống tạo địa chỉ IP cũng cho phép quản trị mạng đặt ra hệ thống số của mạng một
cách hợp lý để khi cần mở rộng có thể dễ dàng bổ sung và quản lý.
Định tuyến
Bộ định tuyến là thiết bị đặc biệt có thể đọc được thông tin địa chỉ logic và điều khiển dữ
liệu trên mạng tới được đích của nó.
Ở mức độ đơn giản nhất, bộ định tuyến phân chia tiểu vùng từ hệ thống mạng (xem hình
1.3). Dữ liệu cần chuyển tới địa chỉ nằm trong tiểu vùng đó, nên không qua bộ định
tuyến. Nếu dữ liệu cần tới máy tính nằm ngoài tiểu vùng của máy gửi đi (máy chủ), thì bộ
định tuyến sẽ làm nhiệm vụ của mình. Trong những mạng có quy mô rộng lớn hơn, như
Internet chẳng hạn, sẽ có vô vàn bộ định tuyến và cung cấp các lộ trình khác nhau từ
nguồn tới đích (xem hình 1.4).

Hình 1.4 - Mạng có
định tuyến.

TCP/IP bao gồm các giao thức có chức năng xác định cách các bộ định tuyến tìm lộ trình
trong mạng.

Hình 1.3 - Bộ định
tuyến nối LAN với
mạng lớn hơn.
Giải pháp địa chỉ dạng tên
Mặc dù địa chỉ IP số có thể thân thiện hơn với địa chỉ vật lý của adapter mạng, nhưng IP

Lực lượng Nghiên cứu Internet (IRTF): Đây cũng là một nhánh của IAB, họ tập trung
vào các chương trình nghiên cứu dài hạn.
Cơ quan Cấp địa chỉ số Internet (IANA): Tổ chức này có quyền cấp địa chỉ số Internet
quan trọng như Internet IP, TCP và số cổng UDP.
Dịch vụ Thông tin Internet (InterNIC): Bạn có thể đăng ký tên miền Internet thông qua
InterNIC. Địa chỉ liên hệ của InterNIC là http://internic.net.
Đa số các văn bản giấy tờ chính thức về TCP/IP đều có thể tìm thấy thông qua hệ thống
yêu cầu cung cấp thông tin có tên RFC (Requests for Comment). Thư viện RFC bao gồm
các tiêu chuẩn Internet và báo cáo của các nhóm nghiên cứu. Các hướng dẫn chính thức
của IETF được xuất bản dưới dạng RFC. Nhiều RFC đề cập đến các khía cạnh của
TCP/IP hoặc Internet. Bất kỳ ai cũng có thể gửi RFC để xem xét. Bạn có thể gửi đề xuất
RFC tới IETF hoặc gửi trực tiếp tới bộ phận biên soạn RFC theo địa chỉ rfc-editor@rfc-
editor.org.
RFC cung cấp kiến thức kỹ thuật nền tảng cho những ai muốn hiểu cặn kẽ hơn về
TCP/IP. Đồng thời, nó cũng cung cấp một số nghiên cứu kỹ thuật về giao thức, các ứng
dụng và dịch vụ, cũng như một số bài liên quan đến TCP/IP.
Bạn có thể tìm thấy RFC tại địa chỉ www.rfc-editor.org.

5. Sự hoạt động của TCP/IP:
TCP/IP là một hệ thống (hoặc bộ) giao thức, và một giao thức là một hệ thống các quy
định và thủ tục. Đại đa số phần cứng và phần mềm giúp máy tính tham gia quá trình trao
đổi thông tin đều thực hiện các quy chuẩn của TCP/IP - người sử dụng không cần phải
biết chi tiết các quy chuẩn này. Tuy nhiên, một nền tảng kiến thức về TCP/IP sẽ rất cần
thiết nếu bạn muốn thiết lập cấu hình cũng như giải quyết các sự cố khi làm việc với
mạng TCP/IP.
Trước khi xem xét các thành phần của TCP/IP, chúng ta nên bắt đầu bằng cách tìm hiểu
qua nhiệm vụ của một hệ thống giao thức. Một hệ thống giao thức như TCP/IP phải đảm
bảo khả năng thực hiện những công việc sau:
- Cắt thông tin thành những gói dữ liệu để có thể dễ dàng đi qua bộ phận truyền tải trung
gian.

nhận dạng được.

6.TCP/IP và mô hình OSI:
Ngành công nghiệp mạng có mô hình bảy lớp tiêu chuẩn cho cấu trúc giao thức mạng,
gọi là Mô hình Liên kết Hệ thống Mở (Open Systems Interconnection - OSI). Mô hình
OSI là kết quả của những nỗ lực của Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế; chuẩn hoá thiết kế hệ
thống giao thức mạng nhằm phát triển sự liên kết qua lại và truy cập tự do giữa các chuẩn
giao thức.
Khi kiến trúc tiêu chuẩn OSI xuất hiện thì TCP/IP đã trên con đường phát triển. Xét một
cách chặt chẽ, TCP/IP không tuân theo OSI. Tuy nhiên, hai mô hình này có những mục
tiêu giống nhau và do có sự tương tác giữa các nhà thiết kế tiêu chuẩn nên 2 mô hình xuất
hiện những điểm tương thích. Cũng chính vì thế, các thuật ngữ của OSI thường được áp
dụng cho TCP/IP. Hình 2.2 thể hiện mối quan hệ giữa tiêu chuẩn TCP/IP bốn lớp và mô
hình OSI bảy lớp.
Lưu ý rằng, OSI chia nhiệm vụ của Lớp ứng dụng thành 3 phân
lớp: Ứng dụng, Trình Bày và Khu vực. Hoạt động của Lớp tương
tác mạng trong OSI được tách thành Lớp Kết nối dữ liệu và Lớp
Vật lý. Việc chia nhỏ chức năng làm tăng thêm sự phức tạp,
nhưng đồng thời cũng tạo ra sự linh hoạt cho các nhà phát triển.
Bảy lớp của mô hình OSI như sau:
Lớp vật lý - Chuyển đổi dữ liệu sang các dòng xung điện, đi qua
bộ phận truyền tải trung gian và giám sát quá trình truyền dữ liệu.
Lớp kết nối dữ liệu - Cung cấp giao diện cho bộ điều hợp mạng, duy trì kết nối logic cho
tiểu mạng.
Lớp mạng - Hỗ trợ địa chỉ logic và định tuyến.
Lớp vận chuyển - Kiểm tra lỗi và kiểm soát việc lưu chuyển liên mạng.
Lớp khu vực - Thiết lập các khu vực cho các ứng dụng tương tác giữa các máy tính.
Lớp trình bày - Dịch dữ liệu sang một dạng tiêu chuẩn, quản lý việc mã hoá và nén dữ
liệu.
Lớp ứng dụng - Cung cấp giao diện cho các ứng dụng; hỗ trợ ứng dụng gửi file, truyền

* UDP là giao thức không định hướng kết nối. Nó nhanh hơn TCP, nhưng mức độ tin cậy
thấp hơn.
2. Khi các gói dữ liệu đi tới cấp Internet, tại đây giao thức IP cung cấp thông tin địa chỉ
logic và gắn thông tin đó vào gói dữ liệu.
3. Gói dữ liệu có IP tiến vào Lớp Truy cập mạng, tại đây nó chuyển giao cho bộ phận
phần mềm được thiết kế để tương tác với mạng vật lý. Lớp Truy cập mạng tạo ra một
hoặc nhiều khung dữ liệu để nó có thể vào mạng vật lý.
4. Khung dữ liệu sẽ được chuyển đổi thành một dải bit để tới bộ phận trung gian mạng.
Cách thức hoạt động chi tiết của từng giao thức sẽ được đề cập ở các phần tiếp sau.

8. Lớp Truy cập mạng:
Nền tảng của giao thức TCP/IP là Lớp Truy cập mạng, tập hợp các dịch vụ và quy định
quản lý việc tiếp cận phần cứng của mạng lưới. Phần này sẽ tập trung về nhiệm vụ của
Lớp Truy cập mạng và sự liên quan của nó với mô hình OSI.

Hình 2.4.
Lớp Truy cập mạng là bộ phận “bí hiểm” nhất trong các lớp của TCP/IP. Về cơ bản, Lớp
Truy cập mạng quản lý tất cả các dịch vụ và chức năng cần thiết cho việc chuẩn bị đưa
dữ liệu sang mạng vật lý. Những trách nhiệm này gồm:
- Tương tác với bộ điều hợp mạng của máy tính.
- Điều phối quá trình truyền dữ liệu theo các quy ước xác định.
- Format dữ liệu thành các đơn vị gọi là mảng (frame) và đổi mảng đó thành dòng điện từ
hoặc các xung điện, có khả năng di chuyển qua bộ phận truyền trung gian.
- Kiểm tra lỗi của các mảng dữ liệu gửi tới.
- Bổ sung thông tin kiểm tra lỗi cho các mảng gửi đi để máy tính nhận có thể phát hiện
lỗi.
- Xác nhận việc nhận mảng thông tin và gửi lại dữ liệu nếu như chưa có xác nhận của bên
kia.
Lớp Truy cập mạng quy định trình tự tương tác với phần cứng mạng và tiếp cận bộ phận
truyền trung gian.

Hình 3.1 - Tương quan lớp
mô hình TCP/IP và OSI.