Bài giảng Lập trình mạng - Chương 2: Bộ giao thức Internet TCP/IP - Lương Ánh Hoàng

Lương Ánh Ho{ng 
hoangla@soict.hut.edu.vn 
Chương 2. Bộ giao thức Internet 
TCP/IP 
• 2.1. Giới thiệu 
• 2.2. Giao thức IPv4 
• 2.3. Giao thức IPv6 
• 2.4. Giao thức TCP 
• 2.5. Giao thức UDP 
• 2.6. Hệ thống phân giải tên miền 
Chương 2. Bộ giao thức Internet (TCP/IP) 
19 
• Bộ giao thức Internet 
– TCP/IP: Transmission Control Protocol/Internet 
Protocol. 
– Là bộ giao thức truyền thông được sử dụng trên 
Internet và hầu hết các mạng thương mại. 
– Được chia thành các tầng gồm nhiều giao thức, thuận 
tiện cho việc quản lý và phát triển. 
– Là thể hiện đơn giản hóa của mô hình lý thuyết OSI. 
2.1. Giới thiệu 
20 
• Bộ giao thức Internet 
– Gồm bốn tầng 
• Tầng ứng dụng – Application Layer. 
• Tầng giao vận – Transport Layer. 
• Tầng Internet – Internet Layer. 
• Tầng truy nhập mạng – Network Access Layer. 
2.1. Giới thiệu 
21 
• Bộ giao thức Internet 
– Tầng ứng dụng 
• Đóng gói dữ liệu người dùng theo giao thức riêng và 
chuyển xuống tầng dưới. 
• Các giao thức thông dụng: HTTP, FTP, SMTP, POP3, 
DNS, SSH, IMAP... 
• Việc lập trình mạng sẽ xây dựng ứng dụng tuân theo 
một trong các giao thức ở tầng này hoặc giao thức 
do người phát triển tự định nghĩa 
2.1. Giới thiệu 
22 
• Bộ giao thức Internet 
– Tầng giao vận 
• Cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu giữa ứng dụng - 
ứng dụng. 
• Đơn vị dữ liệu là các đoạn (segment). 
• Các giao thức ở tầng này: TCP, UDP, ICMP. 
• Việc lập trình mạng sẽ sử dụng dịch vụ do các giao 
thức ở tầng này cung cấp để truyền dữ liệu 
2.1. Giới thiệu 
23 
• Bộ giao thức Internet 
– Tầng Internet 
• Định tuyến và truyền các gói tin liên mạng. 
• Cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu giữa máy tính – 
máy tính trong cùng nhánh mạng hoặc giữa các 
nhánh mạng. 
• Đơn vị dữ liệu là các gói tin (packet). 
• Các giao thức ở tầng này: IPv4, IPv6.... 
• Việc lập trình ứng dụng mạng sẽ rất ít khi can thiệp 
vào tầng này, trừ khi phát triển một giao thức liên 
mạng mới. 
2.1. Giới thiệu 
24 
• Bộ giao thức Internet 
– Tầng truy nhập mạng 
• Cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu giữa các nút mạng 
trên cùng một nhánh mạng vật lý. 
• Đơn vị dữ liệu là các khung (frame). 
• Phụ thuộc rất nhiều vào phương tiện kết nối vật lý. 
• Các giao thức ở tầng này đa dạng: MAC, LLC, ADSL, 
802.11... 
• Việc lập trình mạng ở tầng này là xây dựng các trình 
điều khiển phần cứng tương ứng, thường do nhà sản 
xuất thực hiện. 
2.1. Giới thiệu 
25 
• Bộ giao thức Internet 
– Dữ liệu gửi đi qua mỗi tầng sẽ được thêm phần thông 
tin điều khiển (header). 
– Dữ liệu nhận được qua mỗi tầng sẽ được bóc tách 
thông tin điều khiển. 
2.1. Giới thiệu 
26 
• Giao thức IPv4 
– Được IETF công bố dưới dạng RFC 791 vào 9/1981. 
– Phiên bản thứ 4 của họ giao thức IP và là phiên bản 
đầu tiên phát hành rộng rãi. 
– Là giao thức hướng dữ liệu (phân biệt với hướng thoại, 
video). 
– Sử dụng trong hệ thống chuyển mạch gói. 
– Truyền dữ liệu theo kiểu Best-Effort 
– Không đảm bảo tính trật tự, trùng lặp, tin cậy của gói 
tin. 
– Kiểm tra tính toàn vẹn của dữ liệu qua checksum 
2.2. Giao thức IPv4 
27 
• Địa chỉ IPv4 
– Sử dụng 32 bit để đánh địa chỉ các máy tính trong 
mạng. 
– Bao gồm: phần mạng và phần host. 
– Số địa chỉ tối đa: 232 ~ 4,294,967,296. 
– Dành riêng một vài dải đặc biệt không sử dụng. 
– Chia thành bốn nhóm 8 bít (octet). 
2.2. Giao thức IPv4 
28 
Dạng biểu diễn Gi| trị 
Nhị phân 11000000.10101000.00000000.00000001 
Thập phân 192.168.0.1 
Thập lục phân 0xC0A80001 
• Các lớp địa chỉ IPv4 
– Có năm lớp địa chỉ: A,B,C,D,E. 
– Lớp A,B,C: trao đối thông tin thông thường. 
– Lớp D: multicast 
– Lớp E: để dành 
2.2. Giao thức IPv4 
29 
Lớp MSB Địa chỉ đầu Địa chỉ cuối 
A 0xxx 0.0.0.0 127.255.255.255 
B 10xx 128.0.0.0 191.255.255.255 
C 110x 192.0.0.0 223.255.255.255 
D 1110 224.0.0.0 239.255.255.255 
E 1111 240.0.0.0 255.255.255.255 
• Mặt nạ mạng (Network Mask) 
– Phân tách phần mạng và phần host trong địa chỉ IPv4. 
– Sử dụng trong bộ định tuyến để tìm đường đi cho gói 
tin. 
– Với mạng có dạng 
2.2. Giao thức IPv4 
30 
Network Host 
192.168.0. 1 
11000000.10101000.00000000. 00000001 
• Mặt nạ mạng (Network Mask) 
– Biểu diễn theo dạng /n 
• n là số bit dành cho phần mạng. 
• Thí dụ: 192.168.0.1/24 
– Biểu diễn dưới dạng nhị phân 
• Dùng 32 bit đánh dấu, bít dành cho phần mạng là 1, 
cho phần host là 0. 
• Thí dụ: 11111111.11111111.11111111.00000000 
 hay 255.255.255.0 
– Biểu diễn dưới dạng Hexa 
• Dùng số Hexa: 0xFFFFFF00 
• Ít dùng 
2.2. Giao thức IPv4 
31 
• Số lượng địa chỉ trong mỗi mạng 
– Mỗi mạng sẽ có n bit dành cho phần mạng, 32-n bit 
dành cho phần host. 
– Phân phối địa chỉ trong mỗi mạng: 
• 01 địa chỉ mạng (các bit phần host bằng 0). 
• 01 địa chỉ quảng bá (các bit phần host bằng 1). 
• 2n-2 địa chỉ gán cho các máy trạm (host). 
– Với mạng 192.168.0.1/24 
• Địa chỉ mạng: 192.168.0.0 
• Địa chỉ quảng bá: 192.168.0.255 
• Địa chỉ host: 192.168.0.1- 192.168.0.254 
2.2. Giao thức IPv4 
32 
• Các dải địa chỉ đặc biệt 
– Là những dải được dùng với mục đích riêng, không sử 
dụng được trên Internet. 
2.2. Giao thức IPv4 
33 
Địa chỉ Diễn giải 
10.0.0.0/8 Mạng riêng 
127.0.0.0/8 Địa chỉ loopback 
172.16.0.0/12 Mạng riêng 
192.168.0.0/16 Mạng riêng 
224.0.0.0/4 Multicast 
240.0.0.0/4 Dự trữ 
• Dải địa chỉ cục bộ 
– Chỉ sử dụng trong mạng nội bộ. 
– Muốn tham gia vào Internet phải có thiết bị NAT. 
– Khắc phục vấn đề thiếu địa chỉ của IPv4. 
2.2. Giao thức IPv4 
34 
Tên Dải địa chỉ Số lượng Mô tả mạng Viết gọn 
Khối 24-bit 
10.0.0.0–
10.255.255.255 
16,777,216 
Một dải trọn vẹn 
thuộc lớp A 
10.0.0.0/8 
Khối 20-bit 
172.16.0.0–
172.31.255.255 
1,048,576 
Tổ hợp từ mạng 
lớp B 
172.16.0.0/12 
Khối 16-bit 
192.168.0.0–
192.168.255.25
5 
65,536 
Tổ hợp từ mạng 
lớp C 
192.168.0.0/16 
• Giao thức IPv6 
– IETF đề xuất năm 1998. 
– Sử dụng 128 bit để đánh địa chỉ các thiết bị. 
– Khắc phục vấn đề thiếu địa chỉ của IPv4. 
– Vẫn chưa phổ biến và chưa thể thay thế hoàn toàn 
IPv4. 
2.3. Giao thức IPv6 
35 
• Giao thức TCP: Transmission Control Protocol 
– Giao thức lõi chạy ở tầng giao vận. 
– Chạy bên dưới tầng ứng dụng và trên nền IP 
– Cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu theo dòng tin cậy giữa 
các ứng dụng. 
– Được sử dụng bởi hầu hết các ứng dụng mạng. 
– Chia dữ liệu thành các gói nhỏ, thêm thông tin kiểm 
soát và gửi đi trên đường truyền. 
– Lập trình mạng sẽ sử dụng giao thức này để trao đổi 
thông tin. 
2.4. Giao thức TCP 
36 
• Cổng (Port) 
– Một số nguyên duy nhất trong khoảng 0-65535 tương 
ứng với một kết nối của ứng dụng. 
– TCP sử dụng cổng để chuyển dữ liệu tới đúng ứng 
dụng hoặc dịch vụ. 
– Một ứng dụng có thể mở nhiều kết nối => có thể sử 
dụng nhiều cổng. 
– Một số cổng thông dụng: HTTP(80), FTP(21), 
SMTP(25), POP3(110), HTTPS(443)... 
2.4. Giao thức TCP 
37 
• Đặc tính của TCP 
– Hướng kết nối: connection oriented 
• Hai bên phải thiết lập kênh truyền trước khi truyền 
dữ liệu. 
• Được thực hiện bởi quá trình gọi là bắt tay ba bước 
(three ways handshake). 
– Truyền dữ liệu theo dòng (stream oriented): tự động 
phân chia dòng dữ liệu thành các đoạn nhỏ để truyền 
đi, tự động ghép các đoạn nhỏ thành dòng dữ liệu và 
gửi trả ứng dụng. 
– Đúng trật tự (ordering guarantee): dữ liệu gửi trước sẽ 
được nhận trước 
2.4. Giao thức TCP 
38 
• Đặc tính của TCP 
– Tin cậy, chính xác: thông tin gửi đi sẽ được đảm bảo 
đến đích, không dư thừa, sai sót... 
– Độ trễ lớn, khó đáp ứng được tính thời gian thực. 
– Các đặc tính khác: QoS... 
2.4. Giao thức TCP 
39 
• Header của TCP 
– Chứa thông tin về đoạn dữ liệu tương ứng 
2.4. Giao thức TCP 
40 
TCP Header 
Bit 
offs
et 
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 
0 Source port Destination port 
32 Sequence number 
64 Acknowledgment number 
96 Data offset Reserved 
C 
W 
R 
E 
C 
E 
U 
R 
G 
A 
C 
K 
P 
S 
H 
R 
S 
T 
S 
Y 
N 
F 
I 
N 
Window Size 
128 Checksum Urgent pointer 
160 
... 
Options (if Data Offset > 5) 
... 
• Các dịch vụ trên nền TCP 
– Rất nhiều dịch vụ chạy trên nền TCP: FTP(21), 
HTTP(80), SMTP(25), SSH(22), POP3(110), 
VNC(4899)... 
• Sử dụng netcat để kết nối đến một dịch vụ chạy 
trên nền TCP: 
– nc.exe –vv [host] [port] 
– Thí dụ 
 nc.exe -vv www.google.com 80 
2.4. Giao thức TCP 
41 
• Giao thức UDP: User Datagram Protocol 
– Cũng là giao thức lõi trong TCP/IP. 
– Cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu giữa các ứng dụng. 
– UDP chia nhỏ dữ liệu ra thành các datagram 
– Sử dụng trong các ứng dụng khắt khe về mặt thời gian, 
chấp nhận sai sót: thoại, video, game... 
2.5. Giao thức UDP 
42 
• Đặc tính của UDP 
– Không cần thiết lập kết nối trước khi truyền 
(Connectionless). 
– Nhanh, chiếm ít tài nguyên dễ xử lý. 
– Hạn chế: 
• Không có cơ chế báo gửi (report). 
• Không đảm báo trật tự các datagram (ordering). 
• Không phát hiện được mất mát hoặc trùng lặp 
thông tin (loss, duplication). 
2.5. Giao thức UDP 
43 
• Header của UDP 
2.5. Giao thức UDP 
44 
+ Bits 0 - 15 16 - 31 
0 Source Port Destination Port 
32 Length Checksum 
64 
Data 
• Các dịch vụ trên nền UDP 
– Phân giải tên miền: DNS (53) 
– Streamming: MMS, RTSP... 
– Game 
2.5. Giao thức UDP 
45 
• Địa chỉ IP khó nhớ với con người. 
• DNS – Domain Name System 
– Hệ thống phân cấp làm nhiệm vụ ánh xạ tên miền sang 
địa chỉ IP và ngược lại. 
2.6. Hệ thống ph}n giải tên miền DNS 
46 
• DNS – Domain Name System 
– Các tên miền được phân cấp và quản lý bởi INTERNIC 
– Cấp cao nhất là ROOT, sau đó là cấp 1, cấp 2,... 
– Thí dụ: www.hut.edu.vn 
2.6. Hệ thống ph}n giải tên miền DNS 
47 
Cấp Cấp 4 Cấp 3 Cấp 2 Cấp 1 
Tên miền www. hut. edu. vn 
• DNS – Domain Name System 
– Tổ chức được cấp tên miền cấp 1 sẽ duy trì cơ sở dữ 
liệu các tên miền cấp 2 trực thuộc, tổ chức được cấp 
tên miền cấp 2 sẽ duy trì cơ sở dữ liệu các tên miền cấp 
3 trực thuộc... 
– Một máy tính muốn biết địa chỉ của một máy chủ có 
tên miền nào đó, nó sẽ hỏi máy chủ DNS mà nó nằm 
trong, nếu máy chủ DNS này không trả lời được nó sẽ 
chuyển tiếp câu hỏi đến máy chủ DNS cấp cao hơn, 
DNS cấp cao hơn nếu không trả lời được lại chuyển 
đến DNS cấp cao hơn nữa... 
2.6. Hệ thống ph}n giải tên miền DNS 
48 
• DNS – Domain Name System 
– Việc truy vấn DNS sẽ do hệ điều hành thực hiện. 
– Dịch vụ DNS chạy ở cổng 53 UDP. 
– Công cụ thử nghiệm: nslookup 
• Thí dụ: nslookup www.google.com 
2.6. Hệ thống ph}n giải tên miền DNS 
49