---

[CHAP02] Tìm hiểu về mô hình TCP/IP​

I. Tổng quan về mô hình TCP/IP
1. Định nghĩa mô hình TCP/IP
Transmission Control Protocol/Internet Protocol (Giao thức điều khiển truyền nhận/ Giao thức liên mạng) là nền tảng của mạng internet và các mạng máy tính hiện đại. Được thiết kế dựa trên một tập hợp các giao thức để cho phép các thiết bị giao tiếp với nhau qua mạng. Mô hình TCP/IP có bốn lớp, mỗi lớp đảm nhiệm một vai trò cụ thể trong quá trình truyền tải dữ liệu.
TCP/IP chỉ định cách thức dữ liệu được trao đổi với nhau qua internet, bằng cách cung cấp thông tin liên lạc đầu cuối. Qua đó xác định phương thức nó được chia thành các packet, tiếp đến là xác định địa chỉ, tiến hành truyền dẫn, định tuyến và nhận dữ liệu. TCP/IP được thiết kế để đảm bảo độ tin cậy, nó có khả năng khôi phục tự động khi gặp sự cố trong quá trình truyền dữ liệu và chia sẻ tài nguyên.

2. Cách thức hoạt động của giao thức TCP/IP

• Gửi yêu cầu: Khi bạn yêu cầu truy cập một trang web, dữ liệu sẽ được tạo ra tại lớp Ứng dụng và gửi xuống lớp Giao vận.
• Phân đoạn và truyền tải: Tại lớp Giao vận, dữ liệu được chia nhỏ, gắn số thứ tự, và được đóng gói với giao thức TCP hoặc UDP.
• Định tuyến: Tại lớp Mạng, các gói tin được định tuyến thông qua các router để đến địa chỉ IP đích.
• Truyền qua liên kết: Cuối cùng, gói tin được truyền qua các kết nối vật lý tại lớp Liên kết Dữ liệu, qua Ethernet hoặc Wi-Fi, đến đích.

3. Vai trò của TCP và IP
- TCP chịu trách nhiệm đảm bảo dữ liệu được truyền tải một cách tin cậy từ nguồn đến đích. Điều này bao gồm việc chia nhỏ dữ liệu thành các phân đoạn (segments), gửi chúng qua mạng, và lắp ráp lại khi đến nơi.
- IP chịu trách nhiệm định routing và truyền tải các gói tin từ nguồn đến đích thông qua mạng. Nó đảm bảo rằng mỗi gói tin được gắn địa chỉ IP của nguồn và đích, và tìm đường đi tối ưu để gói tin đến nơi.
Sự kết hợp của TCP và IP giúp tạo ra một hệ thống mạng mạnh mẽ, đáng tin cậy, và có khả năng mở rộng, là nền tảng cho hoạt động của Internet ngày nay.
4. Các giao thức TCP/IP phổ biến
Các giao thức phổ biến của giao thức TCP/IP gồm:

• HTTP (Hyper Text Transfer Protocol): Xử lý giao tiếp giữa máy chủ web và trình duyệt web.
• HTTPS (Secure HTTP): Xử lý giao tiếp bảo mật giữa máy chủ web và trình duyệt web.
• FTP (File Transfer Protocol – Giao thức truyền tệp): Xử lý việc truyền tải file giữa các máy tính.
• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Sử dụng trong việc gửi email từ các ứng dụng email như Outlook, Gmail.
• IMAP (Internet Message Access Protocol): Giao thức cho phép truy cập và quản lý email trên máy chủ từ các thiết bị khác nhau, duy trì đồng bộ hóa giữa các thiết bị.
• POP3 (Post Office Protocol 3): Cho phép tải xuống email từ máy chủ về máy khách và xóa email khỏi máy chủ sau khi tải xuống.
• DNS (Domain Name System): Phân giải tên miền thành địa chỉ IP tương ứng mà máy tính sử dụng để định tuyến dữ liệu.
• DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): Tự động gán địa chỉ IP, subnet mask, gateway, và các thông tin cấu hình mạng khác cho các thiết bị trên mạng.
• ARP (Address Resolution Protocol): Chuyển đổi địa chỉ IP thành địa chỉ MAC của các thiết bị trong cùng một LAN.
• ICMP (Internet Control Message Protocol): Giao thức dùng để gửi thông báo lỗi và các thông điệp điều khiển trong mạng, như kiểm tra tình trạng của mạng.
• Telnet: Cho phép người dùng điều khiển từ xa các thiết bị mạng thông qua một kết nối TCP.
• SSH (Secure Shell): Giao thức bảo mật cho việc điều khiển từ xa các thiết bị mạng, thay thế cho Telnet.
• NTP (Network Time Protocol): Đồng bộ hóa thời gian giữa các thiết bị trong mạng.

5. Ưu điểm và nhược điểm của TCP/IP
Ưu điểm

• Khả năng mở rộng cao: Có thể mở rộng từ mạng nhỏ đến mạng toàn cầu.
• Tính tương thích: Được hỗ trợ rộng rãi bởi nhiều hệ điều hành và thiết bị.
• Độ tin cậy cao: TCP đảm bảo dữ liệu được truyền tải một cách tin cậy và không bị mất mát.
• Quản lý hiệu quả: Các giao thức như ICMP giúp giám sát và báo cáo các vấn đề mạng.
• Khả năng định tuyến mạnh mẽ: IP hỗ trợ định tuyến gói tin qua mạng một cách hiệu quả.
• Mạng độc lập: Hoạt động trên nhiều loại mạng vật lý khác nhau.

Nhược điểm

• Độ phức tạp: Phức tạp trong triển khai và quản lý.
• Hiệu suất không tối ưu cho ứng dụng thời gian thực: TCP có thể gây độ trễ trong các ứng dụng cần thời gian thực.
• Quá tải giao thức: Overhead có thể làm giảm hiệu suất trên mạng băng thông hạn chế.
• Bảo mật không mặc định: Không có cơ chế bảo mật mặc định, yêu cầu triển khai các biện pháp bảo mật bổ sung.
• Khó khăn trong quản lý địa chỉ IP: Quản lý địa chỉ IP có thể phức tạp, đặc biệt với mạng lớn.
• Không hỗ trợ truyền tải dữ liệu đa phương tiện hiệu quả: TCP không được thiết kế tối ưu cho truyền tải video hoặc âm thanh trực tiếp.

II. Kiến trúc của mô hình TCP/IP
Mô hình TCP/IP được tổ chức các lớp với mỗi lớp thực hiện các chức năng cụ thể và có thể giao tiếp với lớp liền kề. Cách tiếp cận này giúp TCP/IP trở nên linh hoạt, có khả năng mở rộng, và trở thành chuẩn công nghệ mạng phổ biến nhất hiện nay.

1. Application Layer

• Vai trò: Lớp này cung cấp các giao thức và công cụ cần thiết để các ứng dụng người dùng có thể giao tiếp qua mạng. Nó tương tác trực tiếp với các chương trình ứng dụng và cho phép chúng sử dụng các dịch vụ của mạng.
• Chức năng:
  • Giao diện giữa người dùng và mạng.
  • Cung cấp các giao thức cho truyền tải dữ liệu như HTTP, FTP, SMTP, DNS.
• Ví dụ: Trình duyệt web (sử dụng HTTP), ứng dụng email (sử dụng SMTP, IMAP), ứng dụng FTP.

2. Transport Layer

• Vai trò: Đảm bảo truyền tải dữ liệu một cách đáng tin cậy từ nguồn đến đích. Lớp này quản lý việc phân đoạn dữ liệu, kiểm soát lỗi, và kiểm soát luồng dữ liệu.
• Chức năng:
  • Chia nhỏ dữ liệu thành các phân đoạn (segments) và đảm bảo chúng được truyền đi và lắp ráp lại theo đúng thứ tự.
  • Cung cấp cơ chế kiểm soát lỗi và kiểm soát luồng.
  • Quản lý kết nối giữa các thiết bị thông qua các giao thức như TCP và UDP.
• Giao thức chính:
  • TCP: Đảm bảo truyền tải dữ liệu một cách tin cậy, theo đúng thứ tự, và không bị mất mát.
  • UDP: Giao thức không kết nối, cho phép truyền tải dữ liệu nhanh hơn nhưng không đảm bảo độ tin cậy.

3. Network Layer

• Vai trò: Định tuyến các gói tin từ nguồn đến đích qua mạng, sử dụng địa chỉ IP. Lớp này quản lý việc định tuyến và chuyển tiếp các gói tin trên mạng.
• Chức năng:
  • Định danh thiết bị bằng địa chỉ IP.
  • Định routing gói tin qua mạng, từ nguồn đến đích, thông qua các router.
  • Quản lý việc phân mảnh và lắp ráp lại các gói tin.
• Giao thức chính:
  • IP (Internet Protocol): Định routing và truyền tải gói tin qua mạng.
  • ICMP (Internet Control Message Protocol): Giao thức dùng để gửi thông báo lỗi và các thông điệp điều khiển.

4. Data Link Layer

• Vai trò: Quản lý việc truyền tải dữ liệu qua các liên kết vật lý, như Ethernet hoặc Wi-Fi. Lớp này đảm bảo rằng dữ liệu được truyền đi chính xác qua mạng vật lý.
• Chức năng:
  • Điều khiển truy cập vào phương tiện truyền tải (MAC).
  • Chuyển đổi gói tin thành các khung (frames) và truyền chúng qua mạng vật lý.
  • Phát hiện và sửa lỗi xảy ra trong quá trình truyền tải qua các liên kết vật lý.
• Giao thức chính:
  • Ethernet: Giao thức phổ biến nhất cho các mạng LAN.
  • ARP (Address Resolution Protocol): Chuyển đổi địa chỉ IP thành địa chỉ MAC.

5. Physical Layer

• Vai trò: Lớp này chịu trách nhiệm truyền tải các bit dữ liệu qua phương tiện truyền dẫn vật lý, như cáp đồng, cáp quang, hoặc sóng radio.
• Chức năng:
  • Xử lý các tín hiệu điện hoặc quang để truyền dữ liệu.
  • Đảm bảo tốc độ truyền dữ liệu và các tham số vật lý khác, như cường độ tín hiệu và phương thức mã hóa dữ liệu.

III. Các cơ chế của lớp Transport Layer trong mô hình TCP/IP
1. Session Multiplexing

• Mô tả: Cho phép nhiều kết nối (sessions) giữa các ứng dụng đi chung trên một kết nối end-to-end. Lớp giao vận phải ghép các kết nối này lại trong một đường duy nhất từ đầu đến cuối.
• Ưu điểm: Dễ quản lý và truyền tải dữ liệu lớn.
• Nhược điểm: Có thể gây overhead do phải thêm thông tin điều khiển.

2. Segmentation

• Mô tả: Phân chia dữ liệu từ lớp trên thành các segment để truyền qua mạng.
• Ưu điểm: Dễ quản lý và truyền tải dữ liệu lớn.
• Nhược điểm: Có thể gây overhead do phải thêm thông tin điều khiển.

3. Flow Control

• Mô tả: Quản lý tốc độ truyền dữ liệu giữa máy gửi và máy nhận để tránh quá tải.
• Ưu điểm: Ngăn ngừa quá tải cho máy nhận.
• Nhược điểm: Có thể làm giảm tốc độ truyền nếu không được cấu hình đúng.

4. UDP Header

• Mô tả:
  • Hoạt động ở Transport Layer: Cho phép các ứng dụng truy cập vào Network Layer mà không cần các cơ chế truyền tin cậy.
  • Connection-Less: Không cần thiết lập kết nối trước khi gửi dữ liệu.
  • Cung cấp cơ chế kiểm tra lỗi giới hạn: Cung cấp checksum để kiểm tra lỗi nhưng không có cơ chế phục hồi dữ liệu bị mất.
  • Port Number: Sử dụng cặp port source và destination để định danh các session trong kết nối.
  • UDP Length: 16 bit để chỉ độ dài của gói tin UDP (tối đa 2^16 byte).
• Ưu điểm: Đơn giản và ít overhead.
• Nhược điểm: Không có cơ chế phục hồi lỗi và đảm bảo độ tin cậy.

5. TCP Header

• Mô tả:
  • Connection-Oriented: Thiết lập kết nối trước khi truyền dữ liệu.
  • Full Duplex: Cho phép truyền và nhận dữ liệu cùng một lúc.
  • Cơ chế kiểm tra lỗi: Sử dụng checksum để kiểm tra lỗi cho toàn bộ gói tin TCP.
  • Cơ chế đánh số thứ tự gói tin: Đánh số gói tin để đảm bảo chúng được lắp ráp theo đúng thứ tự.
  • Cơ chế báo nhận (ACK): Xác nhận nhận được dữ liệu.
  • Cơ chế phục hồi dữ liệu: Gửi lại dữ liệu nếu cần thiết.
• Ưu điểm: Đảm bảo truyền tải dữ liệu tin cậy với cơ chế kiểm tra lỗi và xác nhận.
• Nhược điểm: Tăng overhead và làm giảm tốc độ truyền.

6. Three-Way Handshake

• Mô tả: Sơ đồ bắt tay 3 bước: Quy trình thiết lập kết nối TCP giữa hai thiết bị:
  1. SYN: Thiết lập kết nối.
  2. SYN-ACK: Xác nhận yêu cầu kết nối.
  3. ACK: Xác nhận kết nối đã được thiết lập.

7. TCP Acknowledgment

• Mô tả: Là cơ chế báo nhận trong TCP: Khi gửi gói tin, nếu không nhận được xác nhận từ thiết bị nhận, gói tin sẽ được gửi lại sau một thời gian timeout.

8. Fixed Windowing (Cửa sổ kích thước cố định)

• Mô tả: Là số lượng gói tin mà máy gửi có thể gửi mà không cần phải chờ xác nhận từ máy nhận.
• Ưu điểm: Dễ triển khai và quản lý.
• Nhược điểm: Trong điều kiện mạng thay đổi hoặc bị quá tải, kích thước cửa sổ cố định có thể không sử dụng hết băng thông mạng.

9. TCP Sliding Windowing

• Mô tả: Window size có thể thay đổi. Ví dụ, nếu thiết bị nhận không đủ nhanh, cửa sổ sẽ giảm xuống để kiểm soát lượng dữ liệu gửi đi.
• Ưu điểm: Tối ưu hóa việc sử dụng băng thông mạng.
• Nhược điểm: Phức tạp hơn để triển khai và quản lý.

10. TCP Sequence và ACK Number

• Mô tả:
  • Sequence Number: Đánh số các gói tin để đảm bảo thứ tự.
  • Acknowledgment Number: Xác nhận gói tin nhận được và chỉ định gói tin tiếp theo cần nhận.
• Ưu điểm: Đảm bảo dữ liệu được truyền đúng thứ tự và không bị mất mát.
• Nhược điểm: Có thể gây overhead do việc theo dõi và xác nhận gói tin.

IV. Kết luận
Mô hình TCP/IP là nền tảng chính của Internet và các mạng máy tính hiện đại. Nó chia mạng thành nhiều lớp với nhiệm vụ khác nhau để dữ liệu có thể được gửi và nhận một cách hiệu quả. Mỗi lớp có vai trò riêng, từ việc phân chia dữ liệu cho đến việc định tuyến và truyền tải gói tin. Mô hình TCP/IP không chỉ là cốt lõi của cách chúng ta giao tiếp qua mạng mà còn cung cấp các công cụ để đảm bảo dữ liệu được truyền tải một cách hiệu quả và tin cậy. Điều này làm cho TCP/IP trở thành công nghệ không thể thiếu trong thế giới số ngày nay.