Đề tài Giới thiệu về TCP/IP

hệ mạng bất kỳ nên một liên mạng có thể có một số ít các mạng lớn trong khi một liên mạng khác lại có thể có nhiều mạng nhỏ. Quan trọng hơn, một liên mạng có thể là sự kết hợp của cả mạng lớn và mạng nhỏ. Kết quả là người thiết kế phải chọn lựa cơ chế đánh địa chỉ sao cho thoả mãn được sự thích hợp với cả mạng lớn và mạng nhỏ. Cơ chế chia địa chỉ IP thành 3 lớp cơ bản, trong đó mỗi lớp có kích thước các phần khác nhau. Bốn bit đầu của mỗi địa chỉ quyết định địa chỉ đó thuộc lớp nào, và chỉ ra phần còn lại của địa chỉ được chia thành các phần như thế nào. Hình dưới đây minh hoạ 5 lớp địa chỉ, các bit đầu để xác định các lớp và sự phân chia của phần đầu và phần sau. Các con số quy ước việc sử dụng số bit của giao thức TCP/IP từ trái qua phải và số 0 là bit đầu tiên. 01234 8 16 24 31 bits Class A suffix prefix 0 prefix suffix 0 Class B 1 suffix prefix 0 1 1 Class C Multicast address 1 0 1 1 Class D 1 1 1 Class E Reserved for future use 1 5 lớp của địa chỉ IP trong đó địa chỉ để thiết lập cho các máy là thuộc lớp A,B hoặc C. Lớp A, B và C gọi là các lớp cơ bản bởi vì chúng sử dụng cho địa chỉ của các host. Lớp D sử dụng cho multicast để dùng cho một tập các máy tính. Để sử dụng địa chỉ multicast, một tập các máy trạm phải thoả thuận dùng chung một địa chỉ multicast. Mỗi khi một nhóm multicast được thiết lập, một bản sao của bất kỳ gói tin nào chuyên đến địa chỉ multicast đều được chuyển đến tất cả các máy trạm thuộc nhóm multicast. Như trên hình vẽ ta thấy, các lớp cơ bản sử dụng đơn vị byte để phân chia địa chỉ thành phần đầu và phần sau. Lớp A xác định ranh giới giữa byte đầu tiên và byte thứ hai. Lớp B xác định ranh giới giữa byte thứ hai và byte thứ ba, và lớp C ranh giới giữa byte thứ 3 và thứ 4. 3. Tính toán các lớp của một địa chỉ Phần mềm IP tính lớp của địa chỉ đích mỗi khi nó nhận được một gói tin. Vì sự tính toán này được lặp lại thường xuyên, nên nó phải hết sức hiệu quả. Địa chỉ Ip gọi là địa chỉ tự nhận dạng bởi vì lớp của địa chỉ có thể tính được từ bản thân địa chỉ đó. Một phần nguyên nhân của việc sử dụng các bit đầu để biểu thị từng lớp địa chỉ thay vì sử dụng khoảng giá trị xuất phát từ việc nghiên cứu sự tính toán: sử dụng các bit có thể làm giảm thời gian tính toán. Đặc biệt, một vài máy tính có thể kiểm tra các bit nhanh hơn việc so sánh giữa các số nguyên. Ví dụ, trên máy tính có các lệnh logic and và shift và tìm chỉ số, 4 bit đầu có thể được lấy ra và sử dụng một bảng chỉ số để xác định lớp của địa chỉ. Hình sau minh hoạ nội dung của bảng sử dụng để tính toán. 4 bit đầu của địa chỉ Chỉ số (hệ thập phân) Lớp địa chỉ 0000 0 A 0001 1 A 0010 2 A 0011 3 A 0100 4 A 0101 5 A 0110 6 A 0111 7 A 1000 8 B 1001 9 B 1010 10 B 1011 11 B 1100 12 C 1101 13 C 1110 14 D 1111 15 E Hình 2.3. Bảng sử dụng để tính các lớp địa chỉ 4 bit đầu tiên của địa chỉ Như trên bảng ta thấy, 8 tổ hợp bắt đầu bằng số 0 thuộc lớp A. 4 tổ hợp bắt đầu bằng 10 thuộc lớp B, và 2 tổ hợp bắt đầu bằng 110 thuộc lớp C. Một địa chỉ bắt đầu bằng 111 thuộc lớp D và cuối cùng một địa chỉ bắt đầu bằng 1111 thuộc lớp E là lớp để dự phòng chưa sử dụng đến. Ký hiệu thập phân bằng chấm Mặc dù các địa chỉ IP là số 32 bit, người sử dụng hiếm khi đọc hoặc nhập giá trị vào ở dạng nhị phân. thay vào đó, khi giao tiếp với người sử dụng, phần mềm sử dụng dạng địa chỉ khác thuận tiện hơn. Gọi là dạng ký hiệu thập phân bằng chấm (dotted decimal notation), dạng này gồm 8 bit của số 32 bit thành các giá trị thập phân và dùng dấu chấm để phân chia thành các phần. Hình sau minh hoạ ví dụ số nhị phân và và các dạng thập phân chấm tương đương. Số nhị phân 32 bit Thập phân chấm tương đương 10000001 00110100 00000110 00000000 129.52.6.0 11000000 00000101 00110000 00000011 192.5.48.3 00001010 00000010 00000000 00100101 10.2.0.37 10000000 00001010 00000010 00000011 128.10.2.3 10000000 10000000 11111111 00000000 128.128.255.0 Hình 2.4. ví dụ về số 32 bit nhị phân và dạng thập phân chấm tương đương. Mỗi byte được viết thành số thập phân và dùng dấu chấm để phân tách các byte. Thập phân chấm coi mỗi byte là một số nguyên nhị phân không dấu. Như trong ví dụ cuối cùng, giá trị nhỏ nhất có thể là 0 xuất hiện khi toàn bộ các bit là 0 và giá trị lớn nhất có thể là 255 khi toàn bộ các bit là 1. Do vậy, địa chỉ thập phân chấm chỉ nằm trong khoảng từ 0.0.0.0 đến 255.255.255.255 4. Các lớp và các ký hiệu thập phân bằng chấm Dạng thập phân chấm có thể làm việc tốt với các địa chỉ IP bởi vì nó phân chia các phần của địa chỉ theo các byte. Trong lớp A, 3 byte cuối tương ứng với địa chỉ phần sau của máy trạm. tương tự như vậy, địa chỉ lớp B có 2 byte cho địa phần sau của máy trạm và lớp C có 1 byte. Nhưng không may là việc dùng dạng thập phân chấm không chia thành từng bit để có thể thấy rõ các lớp địa chỉ, các lớp phải nhận biết từ giá trị thập phân của địa chỉ. Hình sau chỉ ra khoảng giá trị thập phân cho mỗi lớp. Lớp Khoảng giá trị A 0 đến 127 B 127 đến 191 C 192 đến 223 D 224 đến 239 E 240 đến 255 Hình 2.5. khoảng giá trị thập phân thuộc byte đầu tiên của mỗi lớp địa chỉ Sự phân chia các khoảng địa chỉ Cơ chế lớp địa chỉ IP không chia địa chỉ 32 bit thành các khoảng bằng nhau giữa các lớp, và các lớp không có chứa cùng một số mạng. Ví dụ, hơn một nửa số địa chỉ IP (những địa chỉ mà có bit đầu bằng 0) thuộc lớp A. Lớp A chỉ có thể chứa 128 mạng bởi vì bit đầu của địa chỉ lớp A là 0 và phần đầu của địa chỉ này là 1 byte. Do vậy chỉ có 7 bit còn lại là sử dụng để đánh số các mạng. Hình sau tóm tắt số các mạng lớn nhất có thể trong mỗi lớp và số máy trạm lớn nhất trên mỗi mạng. Lớp địa chỉ Số bit thuộc phần đầu Số mạng lớn nhất Số bit phần sau Số máy trạm lớn nhất mỗi mạng A 7 128 24 16777216 B 14 16384 16 65536 C 21 2097152 8 256 Hình 2.6 số mạng lớn nhất và máy trạm trên mỗi mạng với 3 lớp địa chỉ IP Như trên bảng ta thấy, số bit cho mỗi phần đầu và phần cuối của mỗi lớp địa chỉ quyết định các số giá trị duy nhất có thể có để thiết lập. Ví dụ, phần đầu của n bit cho phép có 2n số mạng duy nhất, trong khi phần cuối có n bit sẽ có 2n số máy trạm cho mỗi mạng. 5. Nơi quản lý các địa chỉ Trên toàn bộ mạng, mỗi mạng phải có giá trị địa chỉ duy nhất. Đối với các mạng kết nối Internet toàn cầu, một tổ chức có thể lấy số các mạng từ các công ty cung cấp dịch vụ kết nối Internet. Các công ty đó gọi là nhà cung cấp dịch vụ Internet (Internet Service Provider - ISP). Các nhà cung cấp dịch vụ Internet phối hợp với tổ chức trung tâm là nơi quản lý đánh số điạ chỉ Internet (internet Assigned Number Authority), để đảm bảo số cấp cho mỗi mạng là duy nhất trên toàn mạng. Với liên mạng riêng biệt, việc chọn số cho mỗi mạng có thể được quyết định bởi tổ chức ấy. Để đảm bảo rằng mỗi phần đầu của địa chỉ là duy nhất, một nhóm xây dựng liên mạng quyết định việc phối hợp thiết lập các giá trị. Thông thường, người quản trị mạng thiết lập phần đầu địa chỉ cho tất cả các mạng trong liên mạng của công ty đó để đảm bảo các giá trị đó không bị trùng nhau. 2.2.3. Ví dụ về một cách đánh địa chỉ Một ví dụ sẽ làm sáng tỏ ý tưởng và giải thích việc thiết lập các địa chỉ trong thực tế. Hãy xem xét một tổ chức chọn lựa để xây dựng liên mạng TCP/IP gồm có 4 mạng vật lý. Tổ chức này phải mua các router để nối kết 4 mạng đó, và sau đó phải thiết lập địa chỉ IP. Để bắt đầu, tổ chức sẽ chọn lựa một giá trị duy nhất cho mỗi mạng để làm phần đầu địa chỉ. Khi đã thiết lập giá trị cho phần đầu của địa chỉ, các giá trị số sẽ được chọn lựa theo lớp A, B và C tuỳ vào kích thước của mạng vật lý. Thông thường các mạng thiết lập địa chỉ thuộc lớp C trừ phi lớp B thực sự cần thiết còn lớp A thì hiếm khi được lựa chọn bởi rất ít mạng có thể chứa tới 65536 máy trạm. Đối với mạng kết nối Internet toàn cầu, nhà cung cấp dịch vụ sẽ thực hiện việc chọn lựa. Đối với các liên mạng lẻ, người quản trị mạng sẽ lựa chọn lớp địa chỉ. Hãy để ý ví dụ về liên mạng riêng lẻ đã nói ở trên. người quản trị mạng sẽ ước tính kích thước của các mạng vật lý và dùng các kích thước đó để chọn lựa phần đầu. Nếu tổ chức đó mong muốn một mạng nhỏ, hai mạng kích thước trung bình và một mạng lớn, người quản trị mạng có thể thiết lập phần đầu địa chỉ thuộc lớp C (192.5.48), hai mạng có phần đầu địa chỉ thuộc lớp B (ví dụ 128.10 và 128.211), và một mạng địa chỉ phần đầu thuộc lớp A(ví dụ 10). Hình 7 minh hoạ một liên mạng với 4 mạng vật lý đã được thiết lập phần đầu của địa chỉ, và ví dụ về địa chỉ IP thiết lập cho máy trạm. Prefix 128.10 Prefix 128.211 Prefix 10 Prefix192.5.48 10.0.0.37 128.211.28.4 128.211.6.115 128.10.0.2 128.10.0.1 10.0.0.49 192.5.48.3 192.5.48.85 Hình 2.7 : ví dụ về liên mạng riêng lẻ với các địa chỉ IP thiết lập cho các máy trạm. Kích thước của các đám mây biểu thị cho các mạng vật lý tương ứng với số máy trạm nối kết vào mỗi mạng; kích thước của mỗi mạng quyết định lớp địa chỉ thiết lập. Như trên hình vẽ ta thấy, địa chỉ IP thiết lập cho các máy trạm luôn bắt đầu với phần đầu là giá trị mà đã thiết lập cho mạng vật lý của máy trạm đó. Phần sau của địa chỉ được thiết lập bởi người quản trị mạng cục bộ có thể lấy giá trị bất kỳ. Trong ví dụ, hai máy trạm nối với mạng có giá trị đầu 129.10 có giá trị phần sau là 1 và 2. Mặc dù nhiều quản trị mạng chọn giá trị phần sau theo thứ tự, nhưng địa chỉ IP không bắt buộc phải làm như vậy. Sự thiết lập địa chỉ trong ví dụ chỉ ra rằng có thể lấy giá trị phần sau tuỳ ý như là 37 hoặc 85. 2.2.4. Địa chỉ IP đặc biệt Cùng với việc thiết lập địa chỉ cho mỗi máy trạm, việc có một số địa chỉ có thể sử dụng để biểu diễn các mạng hoặc một tập các máy tính cũng khá là thuận tiện. IP đưa ra một tập các địa chỉ đặc biệt tạo ra để dự trữ. Đó là, địa chỉ đặc biệt mà không bao giờ được đặt cho máy trạm. Trong phần này chúng ta sẽ xem xét cả về cú pháp và ý nghĩa của các địa chỉ đặc biêt này. 1. Địa chỉ mạng Một trong những nguyên nhân đưa ra các dạng địa chỉ đặc biệt có thể nhận thấy qua hình sau – sẽ rất thuận tiện khi có một địa chỉ có thể sử dụng địa chỉ phần đầu để biểu diễn địa chỉ cho một mạng cụ thể. IP đưa ra địa chỉ máy trạm là 0 và sử dụng nó để biểu diễn một mạng. Do đó, địa chỉ 128.211.0,0 biểu diễn mạng mà đã thiết lập địa chỉ lớp B với phần đầu địa chỉ là 128.211. Địa chỉ mạng dùng để chỉ đến bản thân mạng đó mà không phải là máy trạm nào nối với mạng đó. Do vậy, địa chỉ mạng không bao giờ nên xuất hiện là địa chỉ đích trong gói tin. 2. Địa chỉ quảng bá trực tiếp Đôi khi, rất thuận tiện khi có thể gửi một gói tin đến tất cả các máy trạm thuộc cùng một mạng vật lý. Để làm cho việc truyền toàn mạng dễ dàng, IP định nghĩa ra một địa chỉ quảng bá trực tiếp (directed broadcast address) cho mỗi mạng vật lý. Khi một gói tin được gửi đến địa chỉ quảng bá trực tiếp, một gói tin sẽ được truyền qua liên mạng đến khi nó đến được mạng cần thiết. Gói tin sau đó sẽ được truyền đến tất cả các máy trạm thuộc mạng đó. Địa chỉ quảng bá trực tiếp có dạng phần đầu là địa chỉ của mạng và phần sau gồm toàn số 1. Để đảm bảo mỗi mạng có thể trực tiếp thực hiện việc quảng bá, IP dự trữ địa chỉ máy trạm có chứa toàn bit 1. Người quản trị mạng phải không được thiết lập địa chỉ máy trạm gồm toàn 0 hoặc 1 hoặc phần mềm có thể bị hỏng. Nếu phần cứng mạng hỗ trợ quảng bá, việc quảng bá trực tiếp sẽ được thực hiện nhờ phần cứng. Trong trường hợp đó, sự truyền tin của một gói tin sẽ tới tất cả các máy tính trong mạng. Khi việc quảng bá trực tiếp không được thực hiện bởi phần cứng trong mạng, phần mềm phải thực hiện việc truyền từng bản sao của gói tin đó đến từng máy trạm trên mạng. 3. Địa chỉ quảng bá giới hạn Thuật ngữ quảng bá giới hạn để chỉ việc quảng bá chỉ thực hiện trong một mạng vật lý; thông tục chúng ta có thể gọi đó là quảng bá giới hạn với đường dây đơn (single wire). Quảng bá giới hạn được thực hiện trong quá trình khởi động của máy tính khi nó chưa biết giá trị số của mạng. IP dự trữ địa chỉ gồm toàn các bit 1 để quy định quảng bá giới hạn. Do vậy, IP sẽ thực hiện gửi bất kỳ gói tin nào mà có địa chỉ gồm toàn bit 1 trên toàn mạng cục bộ. 4. Địa chỉ của máy tính này Một máy tính cần biết địa chỉ IP của nó để gửi hoặc nhận các gói tin truyền đi liên mạng bởi mỗi gói tin cần có địa chỉ nguồn và đích. Bộ giao thức TCP/IP có các giao thức cho phép máy tính có thể xác định được địa chỉ IP của nó khi máy tính được khởi động. Thật là thú vị vì các giao thức khởi động sử dụng IP để kết nối. Khi dùng các giao thức khởi động đó, máy tính không thể cung cấp địa chỉ IP nguồn chính xác. Để thực hiện được điều này, IP dự trữ một địa chỉ gồm toàn các số 0 để chỉ địa chỉ của máy tính này. 5. Địa chỉ lặp quay lại IP định nghĩa một địa chỉ lặp quay lại được sử dụng để kiểm tra các ứng dụng của mạng. Những người lập trình thường sử dụng kiểm tra lặp quay lại cho việc tìm lỗi ban đầu với các ứng dụng mạng vừa được viết. Để thực hiện kiểm tra lặp quay lại, người lập trình cần có hai ứng dụng mà định giao tiếp với nhau qua mạng. Mỗi ứng dụng cần có phần mã lệnh thực hiện việc tương tác với phần mềm giao thức TCP/IP. Thay vì việc phải thực hiện từng chương trình trên các máy khác nhau, người lập trình có thể chạy cả hai chương trình trên một máy tính và chỉ dẫn chúng thực hiện địa chỉ IP lặp quay lại khi kết nối. Khi một ứng dụng gửi dữ liệu đến một ứng dụng khác, dữ liệu truyền qua các ngăn xếp giao thức để đến chương trình kia. Do vậy, người lập trình có thể kiểm tra chương trình ứng dụng của mình một cách nhanh chóng không cần chạy trên hai máy tính và không cần truyền các gói tin qua mạng. IP dự trữ lớp A với phần đầu địa chỉ mạng là 127 cho sử dụng với lặp quay lại. Địa chỉ của máy trạm sử dụng với 127 là không xác định – tất cả các địa chỉ máy trạm là như nhau. Theo quy ước người lập trình thường sử dụng địa chỉ máy trạm là 1 có dạng 127.0.0.1 là phổ biến nhất cho lặp quay lại. Trong suốt quá trình kiểm tra lặp quay lại không có một gói tin nào ra khỏi máy tính – phần mềm IP chỉ truyền gói tin từ ứng dụng này sang ứng dụng kia. Kết quả, địa chỉ lặp quay lại không bao giờ xuất hiện trong gói tin truyền qua mạng. Tóm tắt các địa chỉ IP đặc biệt Bảng sau tóm tắt các dạng địa chỉ đặc biệt. Prefix Suffix Kiểu địa chỉ Mục đích Toàn số 0 Toàn số 0 Cho máy tính này Sử dụng khi khởi động Giá trị mạng Toàn số 0 Mạng Xác định một mạng Giá trị mạng Toàn số 1 Quảng bá trực tiếp Quảng bá trên một mạng xác định Toàn số 1 Toàn số 1 Quảng bá giới hạn Quảng bá trên một mạng cục bộ 127 Bât kỳ Lặp quay lại Kiểm tra Hình 2.8.Bảng tóm tắt các dạng địa chỉ đặc biệt. Chúng ta đã nói rằng địa chỉ đặc biệt là để dự trữ và không bao giờ dùng để thiết lập cho máy trạm. Hơn nữa, mỗi địa chỉ đặc biệt này bị giới hạn trong một sử dụng. Ví dụ, địa chỉ quảng bá không bao giờ được xuất hiện trong địa chỉ nguồn của gói tin và địa chỉ toàn 0 phải không được sử dụng sau khi máy tính thực hiện xong việc khởi động và đã có một địa chỉ IP. 6. Dạng địa chỉ quảng bá Berkeley Trường đại học California tại Berkeley phát triển và phân phối việc bổ sung giao thức TCP/IP như là một phần của BSD UNIX. Sự bổ sung BSD có những đặc tính không chuẩn nên có thể ảnh hưởng đến việc thực hiện xảy ra sau. Thay vì việc sử dụng phần sau địa chỉ gồm toàn 1 để biểu diễn địa chỉ quảng bá trực tiếp, sự bổ sung của Berkeley sử dụng phần sau gồm toàn số 0. Các dạng địa chỉ đó gọi là quảng bá berkeley (Berkeley broadcast). Nhiều nhà chế tạo máy tính thực hiện các phần mềm TCP/IP đầu tiên của họ theo bổ sung của Berkeley, và một số nơi vẫn sử dụng quảng bá Berkeley. Một vài thực hiện TCP/IP với các thông số cấu hình cho phép chọn lựa giữa chuẩn TCP/IP hoặc dạng Berkeley; rất nhiều sự thực hiện được xây dựng để chấp nhận cả hai dạng địa chỉ quảng bá TCP/IP chuẩn và địa chỉ Berkeley. 2.2.5. Router và các nguyên tắc đánh địa chỉ IP Cùng với việc thiết lập các địa chỉ liên mạng cho các máy trạm, giao thức liên mạng cũng quy đinh rằng các router cũng cần có địa chỉ IP. Thực tế mỗi router có thể được thiết lập hai hoặc nhiều địa chỉ IP: Một router có nhiều kết nối với các mạng vật lý. Mỗi địa chỉ IP có chứa phần đầu để chỉ một mạng vật lý. Do vậy, một địa chỉ IP không đủ cho một router bởi vì mỗi router nối kết với nhiều mạng. Kỹ thuật IP có thể được giải thích bởi nguyên lý cơ bản: Một địa chỉ IP không xác định một máy tính. Thay vào đó, mỗi địa chỉ IP xác định một kết nối giữa một máy tính và một mạng. một máy tính với nhiều kết nối mạng (ví dụ như router) phải được thiết lập mỗi kết nối một địa chỉ IP. Hình 8 minh hoạ ý tưởng với ví dụ chỉ ra việc thiết lập địa chỉ IP cho hai router nối kết 3 mạng. Token Ring 223.240.129.0 Wan 78.0.0.0 131.108.99.5 223.240.129.2 223.240.129.17 78.0.0.17 Ethernet 131.108.0.0 Hình 2.9. ví dụ của địa chỉ IP thiết lập cho 2 router. Mỗi mạch nối ghép được thiết lập một địa chỉ có chữa phần đầu là mạng mà mạch nối ghép đó kết nối IP không đòi hỏi cùng một phần sau cho địa chỉ thiết lập cho các nối ghép của cùng một router. Trên hình vẽ, ví dụ router kết nối Ethernet và Token ring có phần sau địa chỉ là 99.5 (kết nối với Ethernet) và 2 (kết nối với Token Ring). Tuy nhiên, IP không ngăn cấm việc sử dụng cùng một giá trị địa chỉ phần sau cho tất cả các kết nối. Do vậy, ví dụ cũng chỉ ra rằng có thể chọn lựa cùng một giá trị phần sau địa chỉ là 17 cho cả hai nối ghép của router với mạng Token ring và mạng WAN. Trong thực tế sử dụng cùng một giá trị phần sau có thể giúp cho việc quản lý liên mạng bởi dùng cùng một giá trị số sẽ dễ dàng nhớ được. 2.3. Đóng kết địa chỉ giao thức (ARP) 2.3.1.Giới thiệu chung Địa chỉ Ip là địa chỉ ảo bởi chúng chỉ được duy trì bởi phần mềm. Không có một phần cứng nào mạng cục bộ hay mạng diện rộng có thể hiểu được mối quan hệ giữa phần đầu địa chỉ IP với một mạng cụ thể hoặc mối quan hệ giữa phần sau của địa chỉ IP với một máy tính cụ thể. Hơn nữa một khung tin truyền qua mạng vật lý cần có địa chỉ phần cứng của máy tính đích. Do vậy, trước khi phần mềm giao thức có thể truyền các gói tin qua mạng vật lý, nó cần chuyên địa chỉ IP của máy tính đích sang địa chỉ vật lý tương ứng. 2.3.2. Địa chỉ giao thức và sự phân phát các gói tin Khi một chương trình ứng dụng đưa ra dữ liệu cần truyền qua liên mạng, phần mềm giao thức sẽ để dữ liệu trong các gói tin mà có chứa địa chỉ của máy nhận. Phần mềm trong mỗi máy trạm và router sử dụng địa chỉ giao thức đích đó để chọn lựa máy tiếp theo cần chuyển tới. Khi mà máy tiếp theo đã được lựa chọn, phần mềm giao thức sẽ truyền gói tin đó qua mạng vật lý để đến máy đã được chọn. Để tạo ra được một mạng ảo lớn, phần mềm làm việc với địa chỉ IP khi truyền tiếp các gói tin. Cả địa chỉ của máy tiếp và địa chỉ đích của gói tin đều là địa chỉ IP. Không may là địa chỉ giao thức không thể được sử dụng để truyền các frame qua phần cứng mạng vật lý bởi nó không hiểu được địa chỉ IP. Thay vào đó, frame gửi qua mạng vật lý phải sử dụng định dang frame của phần cứng và tất cả địa chỉ trong frame đều là địa chỉ vật lý. Kết quả là, địa chỉ giao thức của máy tiếp sẽ được chuyển thành địa chỉ vật lý tương ứng trước khi frame được truyền đi. 2.3.3. Phân giải địa chỉ Sự chuyển đổi địa chỉ giao thức của máy tính thành địa chỉ vật lý tương ứng gọi là sự phân giải địa chỉ (address resolution), và địa chỉ giao thức được gọi là chuyển đổi sang địa chỉ vật lý tương ứng. Phân giải địa chỉ là cục bộ với mỗi mạng. Một máy tính có thể chuyển đổi địa chỉ của một máy tính khác chỉ khi hai máy tính đó thuộc cùng một mạng vật lý – một máy tính không bao giờ phân giải địa chỉ của một máy tính ở trên mạng khác. Ví dụ, hãy xem xét một liên mạng đơn giản trên hình sau: A B E F C DD R1 R2 Hình 2.10. Một liên mạng đơn giản với 2 router R1 và R2 nối kết 3 mạng vật lý; mỗi mạng có hai máy trạm kết nối. Trên hình 9, máy trạm A và B nối với cùng một mạng vật lý. Nếu một ứng dụng trên máy trạm A gửi dữ liệu đến một ứng dụng trên máy trạm B, ứng dụng sử dụng địa chỉ IP của B là địa chỉ đích. Phần mềm giao thức trên máy A chuyển đổi địa chỉ IP của B thành địa chỉ phần cứng của B và dùng địa chỉ phần cứng đó để truyền đi frame trực tiếp. Chúng ta đã nói rằng phân giải địa chỉ chỉ cho phép thực hiện trong cùng một mạng vật lý. Trên hình vẽ, nếu ứng dụng trên máy A gửi một thông điệp đến máy trạm F nằm ở một mạng khác, phần mềm trên máy trạm A không thể chuyển đổi được địa chỉ của F. thya vào đó phần mềm trên A trước tiên quyết định rằng gói tin đó cần truyền qua router R1. Phần mềm trên A sẽ chuyển đổi địa chỉ của router R1 và sau đó sẽ gửi gói tin đó đến router. Phần mềm trên R1 xác định rằng gói tin cần truyền tiếp đến R2, chuyển đổi địa chỉ của R2 và gửi gói tin đi. Cuối cùng R2 nhận gói tin xác định rằng địa chỉ F được nối với mạng vật lý bên phải nhất, chuyển đổi địa chỉ của F và chuyển gói tin đến F. Như trong ví dụ trên, mỗi máy tính nhận điều khiển gói tin chuyển đổi địa chỉ của máy tiếp trước khi gửi gói tin đi. 2.3.4. Kỹ thuật phân giải địa chỉ Thuật toán mà phần mềm sử dụng để chuyển đổi địa chỉ giao thức thành địa chỉ phần cứng phụ thuộc và giao thức và cơ chế địa chỉ phần cứng. Ví dụ, phương pháp sử dụng để chuyển đổi địa chỉ IP thành địa chỉ Ethernet khác với phương pháp chuyển đổi địa chỉ IP thành địa chỉ ATM bởi vì cơ chế đánh địa chỉ của mạng Ethernet khác với mạng ATM. Hơn nữa, bởi vì router hoặc máy trạm đa kết nối có thể kết nối với nhiểu kiểu mạng vật lý khác nhau, những máy tính như vậy có thể sử dụng nhiều kiểu phân giải địa chỉ. Do vậy, một máy tính được nối với nhiều mạng có thể cần nhiều môđun chuyển đổi địa chỉ. Thuật toán phân giải địa chỉ có thể được nhóm lại thành 3 loại: Bảng tra cứu. Sự tương ứng giữa địa chỉ được lưu trữ trong một bảng trong bộ nhớ và phần mềm sẽ tìm kiếm trong bảng đó khi cần chuyển đổi địa chỉ. Tính toán dạng gần đúng. Địa chỉ giao thức thiết lập cho một máy tính phải được lựa chọn cẩn thận vì vậy địa chỉ phần cứng của máy tính có thể được tính toán từ địa chỉ giao thức bằng cách sử dụng các toán tử logic và số học cơ bản. Trao đổi thông điệp. Các máy tính trao đổi thông điệp qua mạng để chuyển đổi một địa chỉ. Một máy tính gửi một thông điệp và yêu cầu gửi địa chỉ kèm, và các máy tính khác gửi trả lời mà có chứa các thông tin yêu cầu. 2.3.5. Giao thức phân giải địa chỉ TCP/IP có thể sử dụng một trong 3 phương pháp phân giải địa chỉ; phương pháp lựa chọn cho mạng cụ thể phụ thuộc vào cơ chế địa chỉ sử dụng cho phần cứng. Bảng tra cứu thường được sử dụng phân giải địa chỉ với mạng WAN, tính toán gần đúng sử dụng với mạng có thể cấu hình được, và trao đổi thông điệp sử dụng trong mạng LAN có địa chỉ tĩnh. Để đảm bảo rằng tất cả các máy tính đều chấp nhận một định dạng chính xác và ý nghĩa của các thông điệp sử dụng trong phân giải địa chỉ, bộ giao thức TCP/IP gồm có một giao thức phần giải địa chỉ (ARP – address resolution protocol). Chuẩn ARP định nghĩa hai loại thông điệp cơ bản: sự yêu cầu và sự trả lời. Thông điệp yêu cầu có chứa địa chỉ IP và yêu cầu địa chỉ phần cứng tương ứng; thông điệp trả lời có cả địa chỉ IP và địa chỉ phần cứng. 2.3.6. Định dạng thông điệp ARP ARP có một trường có kích thước cố định vào đầu mỗi thông điệp ARP để chỉ ra kích thước của trường địa chỉ phần cứng. Ví dụ, khi ARP sử dụng với mạng Ethernet, địa chỉ phần cứng dài 6 byte vì địa chỉ Ethernet là 48 bit. ARP không bị giới hạn với địa chỉ IP hoặc địa chỉ phần cứng đưa ra – về mặt lý thuyết, giao thức có thể sử dụng gắn địa chỉ mức cao hơn với địa chỉ phần cứng. Trong thực tế bởi tính phổ biến của ARP nên nó ít khi được sử dụng: hầu hết sự thực hiện của ARP là gắn địa chỉ IP với địa chỉ Ethernet. Tóm lại: mặc dù định dạng thông điệp ARP là khá linh hoạt cho phép các địa chỉ IP và phần cứng bất kỳ. ARP luôn luôn sử dụng gắn kết địa chỉ IP 32 bit với địa chỉ Ethernet 48 bit. Hình 10 minh hoạ định dạng của thông điệp ARP với địa chỉ giao thức IP là 4 byte và địa chỉ phần cứng Ethernet là 6 byte. TARGET PADDR (tất cả 4 byte) TARGET HADDR (4 byte cuối) SENDER HADDR (4 byte đầu ) TARGET HADDR SENDER PADDR SENDER PADDR SEND HADDR (2 byte ) OPERATION HADDR LEN PADDRLEN Hardware address type Protocol address type 0 8 16 24 31 Hình 2.11. Định dạng của một thông điệp ARP khi sử dụng địa chỉ giao thức internet gắn kết với địa chỉ phần cứng Ethernet Mỗi dòng của hình vẽ tương ứng với 32 bit của thông điệp ARP. Hai trường 16 bit đầu tiên chứa giá trị của kiểu địa chỉ phần cứng và địa chỉ giao thức. Ví dụ, trường HARDWARE ADDRESS TYPE có giá trị là 1 khi ARP là dùng với Ethernet và trường PROTOCOL ADDRESS TYPE có giá trị là 0x0800 khi ARP sử dụng với IP. Hai trường tiếp theo, HADDR LEN và PADDR LEN chỉ ra số byte của địa chỉ phần cứng và địa chỉ giao thức. Trường OPERATION chỉ ra liệu thông điệp này là yêu cầu (giá trị =1) hay trả lời (giá trị 2). Mỗi thông điệp ARP có chứa các trường cho sự gắn kết hai địa chỉ. Một gắn kết tương ứng với địa chỉ của máy gửi và gắn kết kia tương ứng với địa chỉ của máy nhận, mà trong ARP gọi là target. Khi thông điệp yêu cầu gửi đi, máy gửi không biết địa chỉ phần cứng của đích (đó là thông tin nó yêu cầu biết). Do đó, trường TARGE