Các giao thức tầng IP
IP (Internet Protocol) Là giao thức thuộc tầng mạng của mô hình OSI. Nhiệm vụ chính của giao thức IP là cung cấp khả năng kết nối các mạng con thành liên kết mạng để truyền dữ liệu, vai trò của IP là vai trò của giao thức tầng mạng trong mô hình ...
- IP (Internet Protocol)
Là giao thức thuộc tầng mạng của mô hình OSI. Nhiệm vụ chính của giao thức IP là cung cấp khả năng kết nối các mạng con thành liên kết mạng để truyền dữ liệu, vai trò của IP là vai trò của giao thức tầng mạng trong mô hình OSI. Giao thức IP là một giao thức kiểu không liên kết (connectionlees) có nghĩa là không cần có giai đoạn thiết lập liên kết trước khi truyền dữ liệu.
Như đã đề cập trước đây khi dòng thông tin được chuyển qua các lớp của mô hình OSI, thông tin đều được đóng gói và ngoài phần dữ liệu mỗi gói tin đều được thêm vào một phần tiêu đề (Hp, Hs,…). Tại lớp mạng của TCP/IP gói tin được bổ xung vào một header do IP xác định. Một header IP bao gồm một số trường như hình vẽ dưới đây.
Hình 5.3. Các trường trong header của giao thức IP
Ý nghĩa của thông số như sau:
VERS (4 bits): chỉ version hiện hành của giao thức IP hiện được cài đặt, Việc có chỉ số version cho phép có các trao đổi giữa các hệ thống sử dụng version cũ và hệ thống sử dụng version mới.
HLEN (4 bits): chỉ độ dài phần đầu (Internet header Length) của gói tin datagram, tính theo đơn vị từ ( 32 bits). Trường này bắt buột phải có vì phần đầu IP có thể có độ dài thay đổi tùy ý. Độ dài tối thiểu là 5 từ (20 bytes), độ dài tối đa là 15 từ hay là 60 bytes.
Type of service (8 bits): đặc tả các tham số về dịch vụ nhằm thông báo cho mạng biết dịch vụ nào mà gói tin muốn được sử dụng, chẳng hạn ưu tiên, thời hạn chậm trễ, năng suất truyền và độ tin cậy.
Total Length (16 bits): chỉ độ dài toàn bộ gói tin, kể cả phần đầu tính theo đơn vị byte với chiều dài tối đa là 65535 bytes. Hiện nay giới hạn trên là rất lớn nhưng trong tương lai với những mạng Gigabit thì các gói tin có kích thước lớn là cần thiết.
Identification (16 bits): cùng với các tham số khác (như Source Address và Destination Address) tham số này dùng để định danh duy nhất cho một datagram trong khoảng thời gian nó vẫn còn trên liên mạng.
Flags (3 bits): liên quan đến sự phân đoạn (fragment) các datagram, Các gói tin khi đi trên đường đi có thể bị phân thành nhiều gói tin nhỏ, trong trường hợp bị phân đoạn thì trường Flags được dùng điều khiển phân đoạn và tái lắp ghép bó dữ liệu. Tùy theo giá trị của Flags sẽ có ý nghĩa là gói tin sẽ không phân đoạn, có thể phân đoạn hay là gói tin phân đoạn cuối cùng.
Fragment Offset (13 bits): chỉ vị trí của đoạn (fragment) ở trong datagram tính theo đơn vị 8 bytes, có nghĩa là phần dữ liệu mỗi gói tin (trừ gói tin cuối cùng) phải chứa một vùng dữ liệu có độ dài là bội số của 8 bytes. Điều này có ý nghĩa là phải nhân giá trị của Fragment offset với 8 để tính ra độ lệch byte.
Time to Live (8 bits): qui định thời gian tồn tại (tính bằng giây) của gói tin trong mạng để tránh tình trạng một gói tin bị quẩn trên mạng. Thời gian này được cho bởi trạm gửi và được giảm đi (thường qui ước là 1 đơn vị) khi datagram đi qua mỗi router của liên mạng. Thời lượng này giảm xuống tại mỗi router với mục đích giới hạn thời gian tồn tại của các gói tin và kết thúc những lần lặp lại vô hạn trên mạng.
Protocol (8 bits): chỉ giao thức tầng trên kế tiếp sẽ nhận vùng dữ liệu ở trạm đích (hiện tại thường là TCP hoặc UDP được cài đặt trên IP). Ví dụ: TCP có giá trị trường Protocol là 6, UDP có giá trị trường Protocol là 17.
Header Checksum (16 bits): Mã kiểm soát lỗi của header gói tin IP.
Source Address (32 bits): Địa chỉ của máy nguồn.
Destination Address (32 bits): Địa chỉ của máy đích
Options (độ dài thay đổi): khai báo các lựa chọn do người gửi yêu cầu (tuỳ theo từng chương trình).
Padding (độ dài thay đổi): Vùng đệm, được dùng để đảm bảo cho phần header luôn kết thúc ở một mốc 32 bits.
Data (độ dài thay đổi): Chứa thông tin lớp trên gửi xuống tối đa 64 Kb.
Source Address và Destination Address là một địa chỉ IP với độ dài 32 bít ở phần sau chúng ta sẽ phân tích kỹ lưỡng về địa chỉ IP.
Các bước hoạt động của giao thức IP
Khi giao thức IP được khởi động nó trở thành một thực thể tồn tại trong máy tính và bắt đầu thực hiện những chức năng của mình, lúc đó thực thể IP là cấu thành của tầng mạng, nhận yêu cầu từ các tầng trên nó và gửi yêu cầu xuống các tầng dưới nó.
Đối với thực thể IP ở máy nguồn, khi nhận được một yêu cầu gửi từ tầng trên, nó thực hiện các bước sau đây:
1) Tạo một IP datagram dựa trên tham số nhận được.
2) Tính checksum và ghép vào header của gói tin.
3) Ra quyết định chọn đường: hoặc là trạm đích nằm trên cùng mạng hoặc một gateway sẽ được chọn cho chặng tiếp theo.
4) Chuyển gói tin xuống tầng dưới để truyền qua mạng.
Đối với router, khi nhận được một gói tin đi qua, nó thực hiện các động tác sau:
1) Tính chesksum, nếu sai thì loại bỏ gói tin.
2) Giảm giá trị tham số Time - to Live. nếu thời gian đã hết thì loại bỏ gói tin.
3) Ra quyết định chọn đường.
4) Phân đoạn gói tin, nếu cần.
5) Kiến tạo lại IP header, bao gồm giá trị mới của các vùng Time - to -Live, Fragmentation và Checksum.
6) Chuyển datagram xuống tầng dưới để chuyển qua mạng.
Cuối cùng khi một datagram nhận bởi một thực thể IP ở trạm đích, nó sẽ thực hiện bởi các công việc sau:
1) Tính checksum. Nếu sai thì loại bỏ gói tin.
2) Tập hợp các đoạn của gói tin (nếu có phân đoạn)
3) Chuyển dữ liệu và các tham số điều khiển lên tầng trên.
Trong quá trình hoạt động giao thức IP có sử dụng một số giao thức ARP (Address Resolution Protocol) – Giao thức phân giải địa chỉ (tìm địa chỉ vật lý từ địa chỉ IP khi cần thiết); RARP (Reverse Address Resolution Protocol) – Giao thức có cong dụng ngược với ARP (tìm ra địa chỉ IP khi có địa chỉ vật lý); ICMP (Internet Control Message Protocol) – Giao thức làm nhiệm vụ chuyển các thông báo điều khiển và thông báo lỗi giữa gateway hoặc một nút trên liên mạng.
