Mục tiêu bài học
- Kiến thức: Hiểu và mô tả sơ lược được vai trò, chức năng của giao thức mạng nói chung và bộ giao thức TCP/IP nói riêng.
- Năng lực: Biết cách sử dụng mạng một cách hiệu quả.
- Phẩm chất: Nâng cao khả năng tự học, ý thức học tập và rèn luyện tính chặt chẽ trong giao tiếp.
Hoạt động khởi động
Khi được hỏi Internet là gì, nhiều người trả lời là web, chat, mạng xã hội. Tuy nhiên, về mặt công nghệ, Internet là mạng thông tin toàn cầu hoạt động theo giao thức TCP/IP. Vậy giao thức nói chung là gì và giao thức TCP/IP có vai trò gì đối với mạng Internet?
Giao thức mạng là tập hợp các quy tắc mà các thiết bị trên mạng phải tuân theo để có thể giao tiếp, truyền và nhận dữ liệu với nhau. Nó giống như ngôn ngữ và các quy tắc giao tiếp chung cho máy tính.
Bộ giao thức TCP/IP là nền tảng cốt lõi của Internet. Nó xác định cách dữ liệu được đóng gói, định địa chỉ, truyền, định tuyến và nhận tại đích. Nếu không có TCP/IP, các mạng máy tính riêng lẻ trên toàn thế giới không thể kết nối và trao đổi thông tin với nhau để tạo thành mạng Internet khổng lồ như ngày nay.
1. Giao thức mạng
Giao thức mạng (network protocol), hay giao thức truyền thông, là một tập hợp các quy tắc và quy định về cách thức giao tiếp, truyền nhận dữ liệu giữa các đối tượng tham gia mạng. Mọi hoạt động trên mạng đều cần có giao thức để đảm bảo việc gửi và nhận dữ liệu diễn ra chính xác, đáng tin cậy và hiệu quả.
Ví dụ: Giao thức Ethernet trong mạng cục bộ (LAN)
Việc trao đổi dữ liệu trong mạng LAN tuân theo giao thức Ethernet với các quy định chính:
- Quy định về địa chỉ: Mỗi thiết bị có một địa chỉ MAC (Media Access Control) duy nhất, được gán cứng vào phần cứng. Dữ liệu được truyền dựa trên địa chỉ MAC này.
- Quy định về mã kiểm tra: Dữ liệu được gửi kèm một mã kiểm tra. Máy nhận sử dụng mã này để phát hiện lỗi trong quá trình truyền. Nếu có lỗi, nó sẽ yêu cầu gửi lại.
- Quy định khung truyền: Dữ liệu được chia thành các gói (frames) có độ dài xác định để tránh làm quá tải máy nhận và cản trở các luồng giao tiếp khác.
- Quy định xử lí xung đột: Có quy tắc để xử lý tình huống khi nhiều thiết bị cố gắng truyền dữ liệu cùng một lúc, gây ra “xung đột tín hiệu”.
Hoạt động 1: Cần có những quy định gì khi gửi thư điện tử?
Khi gửi thư điện tử, ngoài nội dung thư, cần có các quy định và thông tin sau:
Định dạng địa chỉ: Địa chỉ người gửi và người nhận phải theo một định dạng chung là <tên tài khoản>@<tên miền máy chủ>. Ví dụ: nguyenvan.a@example.com.
Đóng gói dữ liệu: Phải có một quy cách thống nhất để đóng gói toàn bộ dữ liệu, bao gồm nội dung thư, địa chỉ người gửi/nhận, và thông tin về các tệp đính kèm (nếu có).
Giao thức gửi thư: Cần có quy định về cách phần mềm gửi thư giao tiếp với máy chủ thư để gửi đi. Giao thức phổ biến cho việc này là SMTP (Simple Mail Transfer Protocol).
Giao thức nhận thư: Cần có quy định về cách phần mềm của người nhận kết nối đến máy chủ và tải thư về. Các giao thức phổ biến là POP3 (Post Office Protocol 3) và IMAP (Internet Message Access Protocol).
Câu hỏi củng cố
1. Giao thức là gì?
Giao thức mạng là tập hợp các quy định về cách thức giao tiếp để truyền dữ liệu giữa các đối tượng tham gia mạng.
2. Nêu ý nghĩa của giao thức mạng.
Giao thức mạng giúp các đối tượng tham gia truyền thông hiểu được định dạng và ý nghĩa của dữ liệu một cách nhất quán, từ đó đảm bảo việc gửi và nhận dữ liệu diễn ra chính xác, tin cậy và hiệu quả.
2. Giao thức TCP/IP
TCP/IP là bộ giao thức quan trọng nhất của Internet, xác định cách thức kết nối và trao đổi dữ liệu trên phạm vi toàn cầu.
Hoạt động 2: Những quy định nào sau đây cần có với vai trò là giao thức mạng trên Internet?
Trong các quy định được liệt kê, các quy định cần thiết cho vai trò là giao thức mạng Internet bao gồm:
a) Các máy tính cần có địa chỉ và quy định cách tìm đường để dữ liệu được truyền chính xác tới máy nhận trên phạm vi toàn cầu. (Đây là chức năng của giao thức IP).
d) Quy định chia dữ liệu thành các gói tương tự như giao thức Ethernet, ngoài dữ liệu trao đổi có kèm các dữ liệu địa chỉ nơi gửi, nơi nhận, mã kiểm tra để kiểm soát chất lượng truyền dữ liệu. (Đây là chức năng của giao thức TCP).
Các quy định b) và c) (về việc đăng kí và trả phí) chỉ phục vụ hoạt động sử dụng dịch vụ Internet chứ không phải là quy tắc kỹ thuật cho việc truyền dữ liệu.
a) Giao thức IP (Internet Protocol)
Giao thức IP có hai nội dung chính là đánh địa chỉ và định tuyến.
- Địa chỉ IP:
- Mỗi thiết bị trên Internet phải có một địa chỉ IP duy nhất để định danh.
- Địa chỉ IP khác với địa chỉ MAC:
- MAC: Địa chỉ vật lý, 6 byte, gắn liền với phần cứng, dùng trong mạng cục bộ (LAN).
- IP (IPv4): Địa chỉ logic, 4 byte, được gán cho thiết bị (có thể thay đổi), dùng trên mạng toàn cầu (Internet).
- Định tuyến (Routing):
- Đây là quá trình tìm đường đi cho các gói dữ liệu từ máy gửi đến máy nhận.
- Các thiết bị gọi là router thực hiện việc này. Router hoạt động như các trạm chuyển tiếp, dựa vào địa chỉ IP đích của gói tin để quyết định sẽ gửi nó đến router tiếp theo nào trên đường đi.
- Quá trình này tương tự như hệ thống bưu điện chuyển thư qua nhiều bưu cục để đến được địa chỉ người nhận.
b) Giao thức TCP (Transmission Control Protocol)
Trong khi IP chỉ đảm bảo chuyển dữ liệu “từ mạng này đến mạng kia”, TCP đảm bảo dữ liệu được chuyển đến đúng “ứng dụng” một cách tin cậy.
- Phân biệt ứng dụng bằng cổng (Port): TCP sử dụng các “cổng” (port number) để phân biệt các ứng dụng khác nhau chạy trên cùng một máy tính. Ví dụ, trình duyệt web có thể dùng cổng 80, email dùng cổng 25.
- Chia nhỏ và ráp lại dữ liệu: Dữ liệu lớn được TCP cắt thành nhiều gói tin nhỏ, đánh số thứ tự trước khi gửi. Tại nơi nhận, TCP sẽ ráp các gói tin này lại theo đúng thứ tự ban đầu.
- Đảm bảo độ tin cậy: TCP có cơ chế xác nhận. Sau khi gửi một gói tin, nó sẽ chờ phản hồi từ bên nhận. Nếu không nhận được phản hồi hoặc nhận được thông báo lỗi, nó sẽ gửi lại gói tin đó, đảm bảo dữ liệu không bị mất hoặc lỗi trên đường truyền.
Câu hỏi củng cố
1. Em hãy nêu nội dung và ý nghĩa của giao thức IP.
Nội dung: Giao thức IP quy định cách đánh địa chỉ (địa chỉ IP) cho các thiết bị và cách dẫn đường (định tuyến) cho các gói dữ liệu từ mạng của máy gửi đến mạng của máy nhận.
Ý nghĩa: Nhờ có IP, các mạng LAN riêng lẻ có thể kết nối với nhau thông qua các router, tạo thành một mạng Internet liên kết toàn cầu. Nó cung cấp cơ chế để dữ liệu có thể tìm được đường đi đến bất kỳ đâu trên thế giới.
2. Em hãy nêu nội dung và ý nghĩa của giao thức TCP.
Nội dung: Giao thức TCP hoạt động ở tầng cao hơn IP, có các nội dung chính:
Thiết lập kết nối giữa hai ứng dụng cụ thể trên máy gửi và máy nhận (thông qua các cổng).
Chia dữ liệu thành các gói nhỏ, đánh số thứ tự.
Kiểm soát việc truyền tin, xác nhận các gói tin đã nhận và yêu cầu gửi lại nếu có lỗi hoặc mất mát.
Ý nghĩa: TCP đảm bảo dữ liệu được truyền đi một cách chính xác, đầy đủ, đúng thứ tự và tin cậy từ ứng dụng này đến ứng dụng khác, khắc phục những hạn chế của IP (IP không đảm bảo tin cậy).
Luyện tập
1. Hãy quan sát việc gọi điện thoại bằng máy để bàn và kể ra các quy tắc để làm rõ giao thức gọi điện thoại.
Giao thức gọi điện thoại có thể được mô tả qua các quy tắc tương tác giữa người gọi, người nhận và hệ thống tổng đài như sau:
2. Xác định địa chỉ IP tương ứng ở dạng thập phân và dạng nhị phân.
Đây là kết quả chuyển đổi giữa hai dạng:
Vận dụng
1. Hãy tìm hiểu giao thức tên miền DNS theo các gợi ý sau: Lợi ích của việc dùng tên miền? Các lớp tên miền? Tổ chức phụ trách cấp tên miền ở Việt Nam?
Giao thức Tên miền (DNS – Domain Name System)
Lợi ích của việc dùng tên miền: Máy tính giao tiếp với nhau bằng địa chỉ IP (dãy số khó nhớ), nhưng con người lại dễ nhớ các tên có ý nghĩa hơn. DNS ra đời để “dịch” các tên miền dễ nhớ (ví dụ: www.google.com) thành các địa chỉ IP tương ứng (ví dụ: 172.217.27.196) để máy tính có thể hiểu và kết nối.
Các lớp tên miền: Tên miền được tổ chức theo cấu trúc phân cấp hình cây, bao gồm các lớp (cấp) từ phải sang trái:
Lớp 1 (Top-Level Domain – TLD): Là phần cuối cùng của tên miền, ví dụ .com (thương mại), .edu (giáo dục), .gov (chính phủ), hoặc mã quốc gia như .vn (Việt Nam), .jp (Nhật Bản).
Lớp 2: Là tên do tổ chức đăng ký, ví dụ google trong google.com hay vnu trong vnu.edu.vn.
Lớp 3 (và các lớp tiếp theo): Là các tên miền con (subdomain), ví dụ uet trong uet.vnu.edu.vn.
Tổ chức phụ trách ở Việt Nam: Tại Việt Nam, Trung tâm Internet Việt Nam (VNNIC) là tổ chức chịu trách nhiệm quản lý, cấp phát và giám sát tài nguyên tên miền quốc gia .vn.
2. Tìm hiểu giao thức ICMP và lệnh ping.
Giao thức ICMP và Lệnh Ping
ICMP (Internet Control Message Protocol) là một giao thức hỗ trợ cho IP, được sử dụng bởi các thiết bị mạng (như router) để gửi các thông báo lỗi hoặc thông tin vận hành. Ví dụ, khi một router không thể tìm thấy đường đến máy đích, nó sẽ dùng ICMP để gửi lại một thông báo “Destination Unreachable” cho máy gửi.
Lệnh ping là một ứng dụng phổ biến nhất của ICMP. Nó được dùng để:
Kiểm tra xem một máy tính có kết nối được tới một máy tính/thiết bị khác trên mạng hay không.
Đo thời gian phản hồi (độ trễ) của kết nối.
Cách sử dụng:
Mở cửa sổ dòng lệnh (Command Prompt trên Windows hoặc Terminal trên macOS/Linux).
Gõ lệnh theo cú pháp: ping <địa chỉ IP hoặc tên miền>
Ví dụ: ping 8.8.8.8 hoặc ping www.vnu.edu.vn
Cách đọc kết quả:
Reply from…: Nếu bạn nhận được dòng này, có nghĩa là kết nối đã thành công. Thông tin đi kèm bao gồm thời gian phản hồi (time=…ms), cho biết kết nối nhanh hay chậm.
Destination host unreachable: Máy đích không thể tiếp cận được (có thể do sai địa chỉ, máy đích đang tắt, hoặc lỗi mạng).
Request timed out: Gửi yêu cầu đi nhưng không nhận được phản hồi trong một khoảng thời gian nhất định.
