QoS trong mạng IP Tổng quan về mô hình TCP/IP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG MẠNG Đề tài: NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH TCP/IP 1.1 Mô hình TCP/IP Vấn đề đặt ra: Trước yêu cầu truyền thông tin giữa các thiết bị việc truyền tải là rất khó khăn khi mở rộng mô hình . Do các thiết bị trong một mạng có thể do nhiều nhà cung cấp khác nhau ,nhiều thiết bị khác nhau . Điều đó đặt ra một vấn đề về sự tương thích các thiết bị với nhau, để có thể truyền thông tin cho nhau . Việc đưa ra một chuẩn để làm công cụ tham chiếu là một giải pháp duy nhất để giải quyết vấn đề này. TCP/IP là mô hình đầu tiên được đưa ra để giải quyết khó khăn trên. 1.1.1 Khái niệm và lịch sử ra đời của bộ giao thức Sự ra đời của bộ giao thức TCP/IP:Vào cuối những năm 1960 và 1970, trung tâm nghiên cứu cấp cao (Advance Research Projects Agency –ARPA) thuộc bộ quốc phòng Mĩ (Deparment of Defense – DoD) được giao trách nhiệm phát triển mạng APARNET. Mạng này kết nối các văn phòng quân đội , các tổ chức giáo dục, các tổ chức nghiên cứu, các trường đại học. Ngày nay ARPA được gọi là DARPA. Năm 1980, một bộ giao thức mới được đưa ra làm bộ giao thức chuẩn cho mạng ARPANET QoS trong mạng IP Tổng quan về mô hình TCP/IP và các? của DoD mang tên DARPA, nó còn được gọi là bộ giao thức TCP/IP, và ngày nay thường được dùng với tên này. Khái niệm: Như vậy TCP/IP là bộ giao thức phân cấp từ các khối tương tác, mỗi khối cung cấp những chức năng riêng nhưng các khối không nhất thiết phải phụ thuộc lẫn nhau. Trong khi mô hình OSI định nghĩa chức năng nào thuộc về lớp nào thì các lớp trong bộ giao thức TCP/IP lại chứa các giao thức khá độc lập với nhau, chúng có thể trộn lẫn và phối hợp với nhau tuỳ theo yêu cầu của hệ thống. Thuật ngữ phân cấp có nghĩa là một giao thức lớp trên được một hay nhiều giao thức lớp dưới hỗi trợ. Việc phân tầng (hay phân cấp ) phải đảm bảo một số nguyên tắc sau:  Một lớp được tạo ra khi cần đến mức trừu tượng hoá tương ứng.  Mỗi lớp cần thực hiện những chức năng được định nghĩa rõ ràng.  Việc chọn chức năng cho mỗi lớp cần chú ý tới việc định nghĩa các quy tắc chuẩn hoá quốc tế.  Ranh giới các mức cần chọn sao cho thông tin đi qua là ít nhất  Số mức phải đủ lớn để các chức năng tách biệt không nằm trong cùng một lớp và đủ nhỏ để mô hình không quá phức tạp.  Một mức có thể phân thành các lớp nhỏ nếu cần thiết.  Các mức con có thể bị loại bỏ.  Hai hệ thống khác nhau có thể truyền cho nhau nếu chúng đảm bảo thoả mãn nguyên tắc chung (cùng một giao thức truyền thông). 1.1.2 Kiến trúc của TCP/IP Application layer Transport Layer Internet Layer Phyiscal Network Access Layer lớp ứng dụng lớp vận chyển lớp mạng lớp truy nh mạng Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mô hình TCP Hình 1.1: Mô hình tham chiếu TCP/IP Theo cách nhìn từ lớp vật lý về phía ứng dụng thì như sau: bộ giao thức được chia ra làm bốn lớp: 1. Network Access Layer / Network Interface and Hardware (lớp truy nhập đôi khi còn gọi là lớp giao diện mạng) nó cung cấp các giao tiếp với mạng vật lý bao gồm các thiết bị hệ thống vận hành, các cạc giao diện mạng tương ứng…Lớp này thực hiện nhiệm vụ các chi tiết phần cứng hoặc các giao tiếp vật lý với cáp. Ngoài ra thực hiện việc kiểm soát lỗi dữ liệu phân bổ trên mạng vật lý. Lớp này không định nghĩa một giao thức riêng nào, nó hỗi trợ tất cả các giao thức chuẩn và độc quyền ví dụ như Ethenet, Token Ring, Wireless, IP…Lớp này thực tế cũng quyết định khá nhiều tới chất lượng cung cấp dịch vụ của mạng, tuy nhiên việc cải tiến trên là khó khăn , do vậy người ta thường cải thiện theo hướng nâng cấp phần mềm. 2. Internet Layer (lớp internet hay còn gọi là lớp mạng): cung cấp chức năng đánh địa chỉ, độc lập với phần cứng , nhờ đó dữ liệu có thể truyền độc lập giữa cấc Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mô hình TCP 3. mạng có mô hình vật lý khác nhau. Lớp này chịu trách nhiệm truyền các gói qua mạng, hỗi trợ các giao thức liên mạng IP, định tuyến các gói trong liên mạng. 4. Transpost Layer (lớp vận chuyển): chịu trách nhiệm truyền thông điệp từ một tiến trình tới một tiến trình khác, (tiến trình là một chương trình đang chạy). Nó có hai giao thức rất khác nhau là: giao thức điều khiển truyền dẫn (TCP) và giao thức người sử dụng (UDP) . 5. Applycation Layer (lớp ứng dụng): điều khiển từng ứng dụng cụ thể. Nó tương ứng với các lớp ứng dụng, và phiên trong mô hình OSI. Nghĩa là nó cũng bao gồm các giao thức mức cao, mã hóa điều khiển hội thoại…hiện nay có hàng chăm thậm chí đến hàng nghìn giao thức thuộc lớp này. Sự hoạt động mô tả theo mô hình TCP/IP Cũng giống như trong mô hình tham chiếu OSI , dữ liệu gửi từ tầng ứng dụng đi xuống , và khi qua mỗi tầng nó được định nghĩa riêng về dữ liệu mà nó sử dụng. Hình 1.2: Mô tả đóng gói dữ liệu theo kiến trúc TCP/IP Tại nơi gửi, mỗi tầng nó coi gói tin từ tầng trên gửi xuống như là dữ liệu của nó và thêm vào gói tin các thông tin điều khiển của mình, sau đó nó lại chuyển tiếp xuống tầng dưới. Tại nơi nhận thì quá trình lại ngược lại, tại mỗi tầng nó tách thông tin điều khiển của mình ra , tiếp đó nó chuyển tiếp lên tầng trên. Sự tương quan giữa hai mô hình TCP/IP với mô hình OSI: Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mô hình TCP Mô hình TCP/IP ra đời trước mô hình OSI lên nó hoàn toàn không hề phụ thuộc vào mô hình chuẩn này. Tuy nhiên do hai mô hình đều có mục tiêu như nhau do đó nên có sự tương quan giữa hai mô hình . ứng dụng Trình diễn phiên Giao vận Mạng vật lý Ứng dụng Mô hình OSI Ứng dụng Trình diễn Phiên Giao vận Mạng Mô hình TCP/IP Giao vận Mạng Truy nhập Liên kết Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mô hình TCP Hình 1.3: Sự tương quan giữa hai mô hình TCP/IP và OSI 1.2 Một số giao thức cơ bản trong mô hình TCP/IP Hình1.4: Mô hình phân lớp bộ giao thức TCP/IP Bản thân TCP/IP là tập hợp nhiều giao thức với nhau: được chia ra nằm trong các lớp khác nhau, có chức năng khác nhau như (SMTP, FTP,SNMP… ; TCP, UDP; IP). 1.2.1 Tầng ứng dụng Tầng ứng dụng cung cấp các dịch vụ dưới dạng các giao thức cho ứng dụng của người dùng. Một số giao thức tiêu biểu tại tầng này như:  SMTP: Giao thức truyền thư điện tử giữa các máy tính. Đây là dạng đặc biệt của truyền tệp được sử dụng để gửi các thông báo tới một máy chủ qua thư hoặc giữa các máy với nhau. Nó được sử dụng rất phổ biến trên Internet ,dùng để gửi các message “email” dựa trên địa chỉ của email.  FTP: Đây là một dịch vụ hướng kết nối và tin cậy, sử dụng TCP để cung cấp truyền tệp giữa các hệ thống hỗ trợ FTP. Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mô hình TCP  Telnet: Cho phép các phiên đăng nhập từ xa giữa các máy tính. Do Telnet hỗ trợ chế độ văn bản nên giao diện người dùng thường ở dạng dấu nhắc lệnh tương tác. Chúng ta có thể đánh lệnh và các thông báo trả lời sẽ được hiển thị.  DNS (Domain Name System): Chuyển đổi tên miền thành địa chỉ IP. Giao thức này thường được các ứng dụng sử dụng khi người dùng ứng dụng này dùng tên chứ không dùng địa chỉ IP. 1.2.2 Tầng giao vận Một giao thức tầng giao vận thường có nhiều chức năng. Một trong số đó là tạo một truyền thông tiến trình-tới-tiến trình. Để thực hiện điều này, TCP sử dụng cổng. Một chức năng khác của giao thức tầng giao vận là tạo một cơ chế điều khiển luồng và điều khiển lỗi ở mức giao vận. TCP sử dụng giao thức cửa sổ trượt để thực hiện điều khiển luồng. Nó sử dụng gói xác nhận, thời gian chờ và truyền lại để thực hiện điều khiển lỗi. 1.2.2.1 Giao thức TCP TCP là một giao thức hướng kết nối. Nó có trách nhiệm thiết lập một kết nối với phía nhận, chia luồng dữ liệu thành các đơn vị có thể vận chuyển, đánh số chúng và sau đó gửi chúng lần lượt.  Truyền thông tiến trình-tới-tiến trình IP có trách nhiệm truyền thông ở mức máy tính (truyền thông trạm-tới-trạm). Là một giao thức tầng mạng, IP chỉ có thể chuyển phát các thông báo tới máy đích. Tuy nhiên, đây chưa phải là một chuyển phát hoàn chỉnh. Thông báo cần được xử lý bởi đúng chương trình ứng dụng. Trách nhiệm chuyển thông báo tới chương trình ứng dụng thích hợp là chức năng của TCP.  Địa chỉ cổng Mặc dù có một số cách để thực hiện truyền thông tiến trình-tới-tiến trình, nhưng cách thông dụng nhất là thực hiện thông qua mô hình khách-chủ (client-server). Một tiến trình trên máy cục bộ, được gọi là khách, cần một dịch vụ từ một ứng dụng trên trạm ở xa, được gọi là chủ. Cả hai tiến trình (khách, chủ) có cùng một tên. Ví dụ, để lấy thời gian và ngày tháng từ một máy chủ ở xa, chúng ta cần một tiến trình khách Daytime chạy trên máy cục bộ và Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mô hình TCP một tiến trình chủ Daytime chạy trên máy ở xa. Các hệ điều hành hiện nay hỗ trợ cả môi trường đa người dùng và đa chương trình. Một máy ở xa có thể chạy nhiều chương trình ứng dụng cùng lúc, giống như nhiều máy cục bộ có thể chạy một hoặc nhiều chương trình khách cùng lúc. Trạm cục bộ và trạm ở xa được xác định sử dụng địa chỉ IP. Để xác định các tiến trình, chúng ta cần một số hiệu nhận dạng thứ hai, đó là số cổng. Trong TCP/IP, số cổng là một số nguyên nằm trong khoảng từ 0 đến 65535 (số 2 byte). Chương trình khách tự xác định nó bằng một số cổng được chọn ngẫu nhiên. Cổng này được gọi là cổng ngẫu nhiên. Chương trình chủ cũng phải tự xác định bằng một số cổng. Tuy nhiên, cổng này không thể được chọn ngẫu nhiên. Nếu máy chủ ở xa chạy một tiến trình chủ và lấy một số ngẫu nhiên là số cổng, thì ứng dụng ở máy khách muốn truy nhập và sử dụng dịch vụ trên máy chủ đó sẽ không biết được số cổng cần sử dụng. Tất nhiên, một giải pháp có thể là gửi một gói đặc biệt để yêu cầu số cổng của một ứng dụng chủ cụ thể, tuy nhiên cách này làm tăng lưu lượng mạng. TCP/IP đã chọn cách sử dụng các số cổng thông dụng cho các ứng dụng chủ. Mọi tiến trình khách phải biết số cổng của tiến trình chủ tương ứng. Bây giờ, chúng ta đã biết rằng địa chỉ IP và số cổng đóng vai trò khác nhau trong việc chọn đích cuối cùng của dữ liệu. Địa chỉ IP đích xác định trạm trong số nhiều trạm khác nhau. Sau khi trạm đã được chọn, số cổng xác định một tiến trình trên trạm cụ thể đó. Các số cổng được chia thành ba vùng: thông dụng, đăng ký và động. - Cổng thông dụng: Các cổng nằm trong khoảng từ 0 đến 1023 là các cổng thông dụng. Những cổng này được gán và giám sát bởi IANA. - Cổng đăng ký: Các cổng nằm trong khoảng từ 1024 đến 49151 không do IANA gán và điều khiển. Chúng chỉ có thể được đăng ký với IANA để tránh trùng lặp. - Cổng động: Các cổng nằm trong khoảng từ 49152 đến 65535 có thể được sử dụng bởi mọi tiến trình. Chúng còn được gọi là các cổng ngẫu nhiên.  Địa chỉ socket Để thiết lập kết nối, TCP cần hai số hiệu nhận dạng: địa chỉ IP và số cổng. Sự kết hợp địa chỉ IP và số cổng được gọi là địa chỉ socket. Để sử dụng dịch vụ TCP, chúng Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mô hình TCP ta cần một cặp địa chỉ socket: địa chỉ socket khách và địa chỉ socket chủ. Địa chỉ socket khách để định danh duy nhất ứng dụng khách. Địa chỉ socket chủ để định danh duy nhất ứng dụng chủ. Bốn thông tin này là một phần của tiêu đề IP và tiêu đề TCP. Tiêu đề IP chứa địa chỉ IP; tiêu đề TCP chứa địa chỉ cổng.  Các dịch vụ TCP Dịch vụ dữ liệu luồng: TCP được xem như một dịch vụ luồng tầng giao vận, nghĩa là TCP gửi chấp nhận một luồng ký tự từ chương trình ứng dụng gửi, tạo gói (được gọi là phân đoạn) có kích thước thích hợp được trích ra từ luồng dữ liệu, và gửi chúng qua mạng. TCP nhận nhận các phân đoạn, trích phần dữ liệu, sắp xếp thứ tự nếu chúng đến không đúng thứ tự, và chuyển chúng dưới dạng một luồng ký tự tới chương trình ứng dụng nhận. Để chuyển phát theo luồng, TCP phía gửi và phía nhận sử dụng các bộ đệm. TCP gửi sử dụng một bộ đệm gửi để lưu dữ liệu đến từ chương trình ứng dụng gửi. TCP nhận lưu các phân đoạn nhận được ở bộ đệm nhận. Dịch vụ song công: TCP cung cấp dịch vụ song công, nghĩa là dữ liệu có thể chảy theo hai hướng cùng lúc. Sau khi hai chương trình ứng dụng được kết nối với nhau, chúng có thể gửi và nhận dữ liệu. Một kết nối TCP có thể mang dữ liệu từ ứng dụng A đến ứng dụng B cùng lúc với dữ liệu từ ứng dụng B đến ứng dụng A. Khi gói được gửi từ A đến B, nó có thể mang thông tin xác nhận về các gói mà A đã nhận được của B và ngược lại. Nghĩa là dữ liệu có thể được gửi kèm xác nhận. Tất nhiên, nếu một phía không có dữ liệu để gửi, nó có thể chỉ gửi xác nhận mà không có dữ liệu. Dịch vụ tin cậy TCP là một giao thức giao vận tin cậy. Nó sử dụng cơ chế xác nhận để kiểm tra sự an toàn và sự đến của dữ liệu.  Mào đầu của phân đoạn TCP Phần tiêu đề có chiều dài từ 20 byte đến 60 byte, theo sau là dữ liệu từ chương trình ứng dụng. Tiêu đề có chiều dài 20 byte nếu nó không chứa tùy chọn và có chiều dài tối đa 60 byte nếu nó chứa một số tùy chọn. Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về mô hình TCP Hình 1.5 Phần tiêu đề TCP Các trường của phần tiêu đề: - Cổng nguồn (Source Port): Trường 16 bít này xác định số cổng của chương trình ứng dụng gửi. - Cổng đích (Destination Port): nó xác định số cổng của chương trình ứng dụng nhận TCP Segment - Số trình tự (Sequence number): trường này 32 bít nó đánh số thứ tự gói tin gửi đi . - Số xác nhận (Acknowledgment Number): Số 32 bít này xác định số hiệu byte mà trạm gửi phân đoạn đang chờ để nhận. Nếu nó đã nhận thành công byte số x, thì số xác nhận của nó là x+1. - Chiều dài tiêu đề (HL): Trường 4 bít này cho biết chiều dài tính theo từ (4 byte) của phần tiêu đề TCP. - Dự phòng: Trường 6 bít này được dùng cho tương lai. - Các cờ: Trường này xác định 6 bít điều khiển khác nhau. Một hoặc nhiều bít này có thể được đặt tại cùng thời điểm. - Kích thước cửa sổ (Window Size): Trường 16 bít này xác định kích thước của cửa số (tính theo byte) mà phía kia phải duy trì. - Tổng kiểm tra (Checksum): Trường 16 bít này chứa mã kiểm tra lỗi (theo phương pháp CRC) cho toàn bộ phân đoạn (cả tiêu đề và dữ liệu). [...]... kiến trúc mạng, vì chính bản thân mạng Internet không đảm bảo chất lượng phục vụ QoS, nên đây đơn thuần chỉ là tiêu chí yêu cầu chứ không phải là tiêu chí đòi hỏi đối với các bộ định tuyến.Ta sẽ đề cập đến việc sử dụng trường TOS trong các phần sau  TL (Total length): trường hiển thị tổng độ dài gói tin dài 16 bit, nó sử dụng để xác định chiều dài của toàn bộ gói IP Chiều dài lớn nhất một gói IP cho... tiên của datagram trong trường hợp mạng có tắc nghẽn  Loại dịch vụ (TOS): Trường 5 bít này đặc tả các tham số về dịch vụ  Độ dài tổng (Total Length IP) : Trường 16 bít này cho biết chiều dài tính theo byte của cả datagram  Số hiệu datagram (Datagram ID): Trường 16 bít này cùng với các trường khác khác (như địa chỉ nguồn và địa chỉ đích) dùng để định danh duy nhất cho một datagram trong khoảng thời... dụng trong trường hợp một máy biết địa chỉ vật lý của mình nhưng lại không biết địa chỉ IP, chẳng hạn một máy không ổ cứng khởi động qua mạng Khi máy được bật, yêu cầu RARP được tạo ra và được gửi quảng bá trên mạng cục bộ Một máy khác trên mạng biết về mọi địa chỉ IP sẽ trả lời yêu cầu bằng bản tin trả lời RARP Máy yêu cầu RARP phải chạy chương trình RARP khách và máy trả lời RARP phải chạy chương. .. chạy chương trình RARP chủ Trong hình 1.10, khi trạm không ổ cứng khởi động, yêu cầu RARP được tạo ra và được quảng bá tới mọi máy trên mạng Mọi trạm trong mạng cục bộ đều nhận được gói này, nhưng chỉ máy chủ RARP trả lời yêu cầu Gói trả lời có chứa địa chỉ IP của máy yêu Tổng quan về mô hình TCP Đồ án tốt nghiệp cầu Hình 1.10 Hoạt động của RARP 1.3 Gói tin IP 1.3.1 IPv4 Tiêu đề IP được thêm vào sau khi... phép điều khiển các gói tin qua mạng Các bit còn lại dùng xác định kiểu lưu lượng gói tin khi nó chuyển qua mạng, như đặc tính trễ, độ thông qua và độ tin cậy Vào khoảng cuối năm 1990, IETF đã định nghĩa lại ý nghĩa của các bít trong trường TOS, để thể hiện một tập hợp các dịch vụ khác biệt Thông qua 6 bit đầu tiên thiết lập 64 điểm mã (codepoint) để ánh xạ vào một số dịch vụ cơ sở, 2 bit còn lại để trống... truyền thông quảng bá, truyền file trong khoảng cách gần… 1.2.3 Tầng liên mạng 1.2.3.1 Giao thức IP IP là một giao thức phi kết nối và không tin cậy Nó cung cấp dịch vụ chuyển gói nỗ lực nhất Nỗ lực nhất ở đây có nghĩa IP không cung cấp chức năng theo dõi và kiểm tra lỗi Nó chỉ cố gắng chuyển gói tới đích chứ không có sự đảm bảo Nếu độ tin cậy là yếu tố quan trọng, IP phải hoạt động với một giao thức... datagram bị chuyển vòng quanh trên liên mạng Thời gian này do trạm gửi đặt và bị giảm đi 1 mỗi khi datagram qua một router trên liên mạng  Giao thức (Protocol): Trường 8 bít này cho biết giao thức tầng trên sử dụng dịch vụ của tầng IP IP datagram có thể đóng gói dữ liệu từ nhiều giao thức tầng trên, chẳng hạn TCP, UDP và ICMP Trường này chỉ rõ giao thức đích cuối cùng mà IP datagram phải chuyển  Tổng kiểm... chuyển qua các mạng này Việc chia nhỏ các datagram được gọi là phân mảnh (fragmentation) 1.2.3.2 Giao thức ICMP Như đã trình bày ở trên, IP là giao thức chuyển gói phi kết nối và không tin cậy Nó được thiết kế nhằm mục đích sử dụng có hiệu quả tài nguyên mạng IP cung cấp dịch vụ chuyển gói nỗ lực nhất Tuy nhiên nó có hai thiếu hụt: thiếu điều khiển lỗi và thiếu các cơ chế hỗ trợ Giao thức IP không có... chẳng hạn TCP IP cũng là một dịch vụ phi kết nối, được thiết kế cho một mạng chuyển mạch gói Phi kết nối có nghĩa mỗi datagram được xử lý độc lập, mỗi gói có thể đi tới đích trên một đường đi khác nhau, chúng có thể đến sai thứ tự Một số datagram có thể bị mất, bị hỏng trong khi truyền IP dựa vào một giao thức tầng cao hơn để xử lý những vấn đề này  Datagram: Các gói dữ liệu tại tầng IP được gọi là... dạng khung riêng Một trong các trường được định nghĩa trong định dạng khung là kích thước tối đa của trường dữ liệu Nói cách khác, khi một datagram được đóng gói trong một khung, kích thước tổng của datagram phải nhỏ hơn kích thước tối đa này (được xác định do sự hạn chế về phần cứng và phần mềm sử dụng trong mạng) .Giá trị của đơn vị truyền tối đa (MTU) khác nhau đối với các giao thức mạng vật lý khác . QoS trong mạng IP Tổng quan về mô hình TCP /IP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG MẠNG Đề tài: NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH TCP /IP 1. 1. trong khoảng cách gần… 1. 2.3 Tầng liên mạng 1. 2.3 .1 Giao thức IP IP là một giao thức phi kết nối và không tin cậy. Nó cung cấp dịch vụ chuyển gói nỗ lực nhất. Nỗ lực nhất ở đây có nghĩa IP. một phần của tiêu đề IP và tiêu đề TCP. Tiêu đề IP chứa địa chỉ IP; tiêu đề TCP chứa địa chỉ cổng.  Các dịch vụ TCP Dịch vụ dữ liệu luồng: TCP được xem như một dịch vụ luồng tầng giao vận,