Căn bản về TCP/IP

Căn bản về TCP/IP
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) là một bộ protocols (giao thức) được thiết kế để đạt hai mục tiêu chính:
• Cho phép truyền thông qua các đuờng dây của mạng rộng (Wide Area Network - WAN).
• Cho phép truyền thông giữa các môi trường đa dạng.
Do đó hiểu được cái gốc của các protocols nầy giúp ta hiểu đuộc sự quan trọng của chúng trong các mạng ngày nay.
1. Lịch sử của TCP/IP
Vào cuối thập niên 1960, cơ quan Advanced Research Projects Agency (DARPA) của bộ Quốc Phòng Mỹ thực hiện nhiều loạt thí nghiệm để gởi các kiện hàng dữ kiện đi lại mọi hướng (packet-switching) trên mạng. Hai mục tiêu chính của công tác nầy là:
Triển khai một mạng để giúp các trung tâm nghiên cứu chia sẽ các thông tin.
Triển khai một mạng để nối chặt chẽ các địa điểm quốc phòng trong trường hợp Mỹ bị tấn công bằng vũ khí nguyên tử.
Kết quả là bộ TCP/IP. Sau nầy Internet Society (Hội Internet) dùng một nhóm tư vấn mang tên The Internet Architecture Board (IAB) (Ban Kiến trúc Internet) để trông coi việc làm cho TCP/IP càng ngày càng hay hơn. Mỗi khi ai có sáng kiến kỹ thuật gì muốn đề nghị với Ban thì người ta xin Ban đăng lên và thông báo cho những ai quan tâm có ý kiến. Bản thông báo ấy được gọi là Request for Comments (RFC) (Yêu cầu cho biết ý kiến). Nếu đa số các guru về TCP/IP thấy hay thì có thể lần lần đề nghị ấy đuợc cho vào TCP/IP.
2. Những TCP/IP protocols và các công cụ
Như ta biết, truyền thông giữa hàng triệu computers trên Internet xãy ra được nhờ có TCP/IP protocol, một cách giao thức trên mạng rất thông dụng trong vòng các computers chạy Unix trước đây. Vì nó rất tiện dụng nên Microsoft đã dùng TCP/IP làm giao thức chính cho mạng Windows2000. TCP/IP là tập hợp của nhiều protocols, mà trong số đó có các Protocols chánh sau đây:
TCP (Transmission Control Protocol): Chuyên việc nối các hosts lại và bảo đảm việc giao hàng (messages) vì nó vừa dùng sự xác nhận hàng đến (Acknowledgement ) giống như thư bảo đảm, vừa kiểm xem kiện hàng có bị hư hại không bằng cách dùng CRC (Cyclic Redundant Check) , giống như có đóng khằng chỗ mở kiện hàng.
IP (Internet Protocol): Lo về địa chỉ và chuyển hàng đi đúng hướng, đến nơi, đến chốn.
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Chuyên việc giao Email.
FTP (File Transfer Protocol): Chuyên việc gởi File (upload/download) giữa các hosts.
SNMP (Simple Network Management Protocol): Dùng cho các programs quản lý mạng để user có thể quản lý mạng từ xa.
UDP (User Datagram Protocol): Chuyên giao các bọc nhỏ (packets) của một kiện hàng. Nó nhanh hơn TCP ví không có sự kiểm tra hay sửa lỗi. Ngược lại, nó không bảo đảm việc giao hàng.
Là Network Administrator ta nên làm quen với các công cụ chuẩn để làm việc với TCP/IP như:
File Transfer Protocol (FTP): Để thử upload/download files giữa các hosts.
Telnet: Cho ta Terminal Emulation (giả làm một Terminal) để nói chuyện với một Host chạy program Telnet Server.
Packet Internet Groper (Ping): Dùng để thử TCP/IP configurations và connections.
IPCONFIG: Để kiểm TCP/IP configuration của local host.
NSLOOKUP: Dùng line command để đọc các records trong DNS (Domain Name System) database.
TRACERT: Để display các khúc đường (route) dùng giữa hai hosts.
3. Địa chỉ TCP
Mỗi computer trên LAN/Internet phải có một địa chỉ TCP độc đáo (unique). Một địa chỉ TCP gồm có 32 bits, chia làm 4 nhóm gọi là Octet (có 8 bits, tức là 1 Byte dữ kiện) và đuợc viết dưới dạng:
11000000 . 01101010 . 00000011 . 11001000
Mặc dầu trên đây là các con số mà computers thấy, nhưng đó không phải là các con số mà con người suy nghĩ. Do đó người ta thường viết nó dưới dạng gọi là dotted decimal (số thập phân với dấu chấm) như sau:
192.100.3.200
Vì địa chỉ TCP như thế rất khó nhớ nên người ta quy ước dùng các tên dễ nhớ hơn như , , .v.v.. rồi nhờ những chỗ đặc biệt trên mạng, gọi là Domain Name Server (DNS) đổi các user friendly names nầy ra các địa chỉ TCP để làm việc.
Để việc trao đổi các messages giữa các hosts trên mạng có hiệu năng, người ta thường gom các Hosts lại thành từng nhóm, gọi là Network. Mỗi Network được cho một NetworkID. Do đó mỗi địa chỉ TCP được chia ra làm hai phần:
Network ID (hay Network Address): Dùng để chuyển các messages đến đúng Network (còn gọi là Subnet hay Segment.
Host ID (hay Host Address):
Thí dụ như ba địa chỉ TCP 192.168.104.1, 192.168.104.4, 192.168.104.7 có cùng Network ID 192.168.104.
Một Subnet của các computers giống như một con đường của những căn nhà, mỗi căn nhà có một con số để phân biệt nhưng địa chỉ của tất cả các căn nhà đều có chung tên đường, ngoại ô, thành phố .v.v. .

Con số bits , đếm từ trái qua phải, của địa chỉ TCP để dùng cho Network ID được gọi là Subnet Mask. Ta có thể dùng 8, 16, 24, 25 bits .v.v.. tùy ý, nhưng phải nói cho system biết ta dùng bao nhiêu bits để nó có thể tính ra phần nào trong 32 bits là của NetworkID, phần nào là của HostID.

Các địa chỉ TCP được chỉ định cho mỗi Host không thay đổi nầy được gọi là Static Address. Khi ta dial-up Internet để connect qua ISP (Internet Service Provider), computer của ta thường được ISP phát cho một địa chỉ TCP để dùng tạm trong thời gian máy ta connect trong lúc ấy. Lần tới, ta dial-up Internet sẽ đuợc ISP cấp cho một địa chỉ TCP khác, một trong những địa chỉ TCP mà ISP đã đuợc cơ quan đăng ký địa chỉ TCP của thế giới cung cấp.
Như thế, mỗi lần ta dùng Internet thì computer của chúng ta là một host trong mạng Internet TCP/IP của toàn thế giới. Computer ta có thể truyền thông với các hosts khác và ngược lại, người ta cũng có thể thấy và tò mò dòm ngó những gì trong computer chúng ta trong khả năng của TCP/IP. Tức là, hể mở cửa làm ăn thì coi chừng ngoại lai lén vào.
Khi tất cả các computer trên mạng dùng cho Internet được giới hạn trong vòng một cơ quan, tổ chức hay tập đoàn thì ta gọi nó là Intranet. Thường thường các computers trong Intranet nằm trên cùng một Local Area Network (LAN), các message được gởi đi lại với vận tốc cao (10Mbits/sec - 100Mbits/sec). Ngay cả khi một công ty có hai, ba địa điểm cách nhau, các đuờng dây viễn thông liên kết cũng có vận tốc tối thiểu là 128Kbits/sec.
Đã gọi là Intranet thì ta muốn dịch vụ Internet chỉ dành cho nội bộ và người ngoài kkông thể nào tò mò thấy được.
4. Gateway, Router và Firewall
Nếu ta không có ý định nối Network của mình với Internet bên ngoài hay Network TCP/IP nào khác thì không có gì phải lo và ở trong vòng Network riêng tư của ta, ta có thể cấp các địa chỉ TCP thoải mái.
Như đã nói ở trên, địa chỉ TCP của tất cả mọi hosts trong một Network đầu có cùng một NetworkID. Bên trong một Network, messages được gởi đi giữa các hosts rất nhanh. Nếu muốn gởi messages từ một Network nầy qua một Network khác thì phải qua một host có vị trí đặc biệt trong cùng Network gọi là Gateway (cổng liên hệ bên ngoài). Tỷ như một lá thư từ Đồng Tháp muốn đi ngoại quốc thì phải qua Gateway ở Thành phố HCM. Tương tợ như vậy, ở Network bên kia cũng có một Gateway để đón nhận message từ Gateway bên nầy.
Để chuyển messages giữa hai Networks ta cần phải có một dụng cụ đặc biệt, hardware hay software (một hộp hay một program), gọi là Router (phát âm là rau-tơ trong tiếng Việt).
Router là dụng cụ giúp cho hai Networks truyền thông nhau. Nó giống như một thông dịch viên vậy, có thể nói chuyện với cả hai bên. Đối với mỗi Network, Router hoạt động như thể nó là một host trong Network ấy. Hình dưới đây minh họa cách dùng Gateways và Router để nối hai Networks lại với nhau

Trong hình trên, nếu cả hai Gateways thật ra là hai Network cards nằm trên cùng một computers chạy MSWindows2000 Server, ta có thể dùng software để làm nhiệm vụ của Router. Như thế ta khỏi phải mua một hộp Router.
Firewall (bức tường lửa) là từ dùng để nói đến phương tiện ta dùng để kiểm soát chặt chẽ sự đi lại của các messages. Ta dùng Firewall để ngăn ngừa kẻ lạ xâm phạm vào khu vực mạng TCP/IP của cơ quan ta. Như ta đã thấy, Router có thể đảm nhiệm công tác ấy. Vấn đề là nếu ta gắt gao quá thì sự đi lại rất giới hạn và không tiện lợi cho công việc làm ăn. Ngược lại, nếu ta dễ dãi quá thì không còn an toàn gì cả.
5. Phân chia giai cấp A,B,C
Như đã giải thích ở trên, Subnet Mask cho biết bao nhiêu bits đầu của địa chỉ TCP được dùng làm NetworkID, còn các bits còn lại là HostID. Để biểu diễn một Subnet Mask dùng 24 bits cho một NetworkID, ta có thể viết 135.100.3.200/24. Đa số các NetworkID ta thường gặp dùng 24 bit Subnet Mask. Nhưng thật ra, người ta phân chia giai cấp các địa chỉ TCP ra làm các Classes A, B và C.
Các địa chỉ của Class A dùng Octet thứ nhất. Có điều người ta không dùng bit thứ nhất, nó luôn luôn bằng 0. Do đó toàn bộ Internet chỉ có 127 Class A Networks. Dù địa chỉ 127 là một địa chỉ Class A, ta không thể dùng nó đuợc vì nó đuợc reserved (dành riêng) để thử Loopback (Loopback Testing) . Mỗi Class A Network có trên 16 triệu (2 lũy thừa 24) hosts. Khỏi phải nói, bây giờ ta không thể xin một Class A Network đuợc nữa, vì các Đại Sư Huynh đã dành hết rồi. Trong số các công ty lớn ấy có General Electric, IBM, Apple, Xerox, và Đại học Columbia.
Các Networks thuộc Class B bắt đầu với Octet thứ nhất có values trong range 128 đến 191. Trong Class B ta dùng 2 Octets đầu cho NetwordID. Do đó ta chỉ có 16,384 Class B Networks, mỗi Network có 65,534 (2 lũy thừa 16)hosts. Tất cả các Networks Class B đều đã bị người ta xí hết rồi. Trong số các công ty ấy có Microsoft và Exxon.
Sau cùng là Class C Networks bắt đầu với Octet thứ nhất có values trong range 192 đến 223 và dùng 3 Octets đầu tiên để biểu diễn NetworkID. Như thế ta có khoảng 2 triệu Class C Networks, nhưng mỗi Network chỉ có thể support 254 hosts (HostID=1 cho đến 254), HostID=255 đuợc reserved cho Loopback testing, HostID=0 thì bất hợp lệ. Tin mừng cho chúng ta là mình còn xin một Class C network được.
6. Các loại Servers
Có ba thứ dịch vụ ta thường dùng nhất trên Internet. Đó là Surfing the Web ( chu du ta bà thế giới từ trang Web nầy đến trang Web khác), Email và download File bằng cách dùng FTP (File Transfer Protocol).
Cho mỗi thứ dịch vụ ta dùng ở đầu kia phải có một Server (một program phục vụ) - do đó tùy theo ta đang connect với chỗ nào ở thới điểm ấy, tại chỗ cung cấp dịch vụ phải có Web server, Mail Server hay FTP Server để đáp ứng request (thỉnh cầu) của bạn.
Bạn hỏi nếu một Computer trên Internet chạy cả 3 loại Servers nói trên thì làm sao phân biệt message nào là cho Server nào khi chúng đến cùng một địa chỉ TCP. Xin trả lời là ngoài địa chỉ TCP ra, mỗi computer còn có nhiều Ports, để khi ta nối với Server trên một computer ta còn cho biết Port number. Thí dụ cho Web (WWW) thì dùng Port 80, cho FTP thì dùng Port 21 , .v.v.. Cách dùng các Port numbers giống giống như dùng tên của các cá nhân sống trong cùng một căn nhà khi gởi thư cho họ. Ngoài địa chỉ của căn nhà ta còn nói rõ là thư ấy cho cha, mẹ hay người con nào.
Hơn nữa, mỗi loại message còn dùng một protocol khác nhau, nên ta có thể Surf the Net, gời/nhận Email và download/upload files cùng một lúc trên một đường dây điện thoại mà không sợ lẫn lộn. Bạn có thể tưởng tượng TCP/IP như cái protocol căn bản của Internet, rồi nằm lên phía trên là những protocols khác. Cũng giống như trong mạng bưu chính, xe hàng là căn bản của việc chuyên chở, nhưng kích thước các kiện hàng theo chuẩn lớn, nhỏ giúp người ta phân biệt các loại hàng hóa khác nhau.