Giải pháp cổng biên dịch địa chỉ mạng cho các giao thức giao vận dùng cho ứng dụng hội thảo video từ xa trên internet

Các giao thức của lớp liên kết hoạt động trong phạm vi kết nối mạng cục bộ mà máy chủ được gắn vào. Chế độ này được gọi là liên kết dữ liệu (data link) và là lớp thành phần thấp nhất của bộ giao thức. Liên kết bao gồm tất cả các máy chủ có thể truy cập được mà không cần qua bộ định tuyến. Do đó, kích thước của liên kết được xác định bởi thiết kế phần cứng mạng. Về nguyên tắc, TCP/IP được thiết kế để độc lập với phần cứng và có thể được thực hiện trên hầu hết mọi công nghệ lớp liên kết. Điều này không chỉ bao gồm triển khai phần cứng mà còn bao gồm các lớp liên kết ảo như mạng riêng ảo và đường hầm mạng.

Lớp truy cập mạng được sử dụng để di chuyển các gói giữa các giao diện lớp MAC (Ethernet) của hai máy chủ khác nhau trên cùng một liên kết. Quá trình truyền và nhận các gói tin trên liên kết có thể được điều khiển trong trình điều khiển thiết bị cho card mạng, cũng như trong phần mềm tương tác trực tiếp với phần cứng (firmware) hoặc bởi các chipset chuyên dụng. Các chức năng này bao gồm: Đóng khung tin (frame), để chuẩn bị các gói tin ở lớp Ethernet để truyền, và cuối cùng là truyền các khung đến lớp vật lý và qua một phương tiện truyền dẫn. Mô hình TCP/IP bao gồm các thông số kỹ thuật để dịch các phương pháp đánh địa chỉ mạng được sử dụng trong bộ giao thức Internet sang các địa chỉ lớp liên kết, chẳng hạn như địa chỉ lớp điều khiển truy cập phương tiện truyền (MAC). Tuy nhiên, tất cả các khía cạnh khác bên dưới mức đó đều được giả định là tồn tại và không được xác định rõ ràng trong mô hình TCP/IP.

Lớp Network hay còn gọi là lớp Internet

Kết nối Internet yêu cầu gửi dữ liệu từ mạng nguồn đến mạng đích. Quá trình này được gọi là định tuyến và được hỗ trợ bởi địa chỉ máy chủ và nhận dạng bằng cách sử dụng hệ thống địa chỉ IP phân cấp. Lớp Internet cung cấp một phương tiện truyền dữ liệu không đáng tin cậy giữa các máy chủ đặt trên các mạng IP có khả năng khác nhau bằng cách chuyển tiếp các gói dữ liệu tới một bộ định tuyến next-hop thích hợp để chuyển tiếp tới đích của nó. Lớp Internet có trách nhiệm gửi các gói qua nhiều mạng tiềm năng. Với chức năng này, lớp Internet có thể kết nối Internet các mạng IP khác nhau và về cơ bản nó thiết lập Internet.

Lớp Internet không phân biệt giữa các giao thức lớp giao vận khác nhau. IP mang dữ liệu cho nhiều loại giao thức lớp trên khác nhau, ví dụ: Giao thức thông báo điều khiển

Internet (ICMP) và Giao thức quản lý nhóm Internet (IGMP) lần lượt có giá trị với trường giao thức ở lớp Internet tương ứng là 1 và 2.

Giao thức Internet là thành phần chính của lớp Internet và nó xác định hai địa chỉ IP để xác định các máy chủ mạng và định vị chúng trên mạng.

Lớp giao vận (Transport Layer)

Lớp giao vận thiết lập các kênh dữ liệu cơ bản mà các ứng dụng sử dụng để trao đổi dữ liệu theo nhiệm vụ cụ thể. Lớp này thiết lập kết nối từ máy chủ đến máy chủ dưới dạng các dịch vụ truyền thông điệp đầu cuối độc lập với mạng bên dưới và không phụ thuộc vào cấu trúc dữ liệu người dùng và logic nghiệp vụ trao đổi thông tin. Kết nối ở lớp giao vận có thể được phân loại là hướng kết nối, được thực hiện trong TCP hoặc không kết nối, được thực hiện trong UDP. Các giao thức trong lớp này có thể cung cấp khả năng kiểm soát lỗi, phân đoạn (segmentation), kiểm soát luồng, kiểm soát tắc nghẽn và định địa chỉ ứng dụng (theo số cổng).

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 93 trang tài liệu này.

Với mục đích cung cấp các kênh truyền dẫn theo quy trình cụ thể cho các ứng dụng, lớp này thiết lập khái niệm về cổng mạng. Đây là một cấu trúc logic được đánh số và được phân bổ cụ thể cho từng kênh giao tiếp mà ứng dụng cần. Đối với nhiều loại dịch vụ, số cổng này đã được tiêu chuẩn hóa để các máy khách có thể xử lý các dịch vụ cụ thể của máy chủ mà không cần đến các dịch vụ thư mục hoặc dịch vụ khám phá liên quan.

Vì IP chỉ cung cấp dịch vụ phân phối gói tin với nỗ lực tốt nhất (Best-Effort), nên một số giao thức lớp giao vận được bổ sung một số cơ chế để cung cấp dịch vụ giao vận tin cậy.

TCP là một giao thức hướng kết nối giải quyết nhiều vấn đề về độ tin cậy trong việc cung cấp luồng byte đáng tin cậy:

 Dữ liệu được gửi/nhận theo thứ tự;

 Dữ liệu được đảm bảo tính đúng đắn;

 Dữ liệu trùng lặp bị loại bỏ;

 Các gói bị mất hoặc bị loại bỏ được gửi lại;

 Điều khiển lưu lượng và tắc nghẽn.

Giao thức truyền điều khiển luồng (SCTP) mới hơn cũng là một cơ chế truyền tải hướng kết nối đáng tin cậy. Nó được định hướng theo luồng thông điệp, không phải theo luồng byte như TCP và cung cấp nhiều luồng được ghép kênh trên một kết nối duy nhất. Nó cũng cung cấp hỗ trợ thực hiện multihoming, trong đó một đầu kết nối có thể được biểu diễn bằng nhiều địa chỉ IP (đại diện cho nhiều giao diện vật lý), sao cho nếu một trong những đường đó bị lỗi, kết nối không bị gián đoạn.

Độ tin cậy cũng có thể đạt được bằng cách sử dụng giao thức liên kết dữ liệu đáng tin cậy như điều khiển liên kết dữ liệu mức cao (HDLC).

Giao thức UDP (User Datagram Protocol) là một giao thức phi kết nối, giống như IP, nó là một giao thức không đáng tin cậy. UDP thường được sử dụng cho các ứng dụng đa phương tiện, truyền trực tuyến (âm thanh, video, thoại qua IP, v.v.), trong đó việc truyền gói tin đến đúng giờ quan trọng hơn độ tin cậy hoặc cho các ứng dụng kiểu truy vấn/phản hồi đơn giản như tra cứu DNS, trong đó chi phí thiết lập kết nối đáng tin cậy có độ lớn không tương xứng. Giao thức giao vận thời gian thực (RTP) là một giao thức ứng dụng sử dụng giao thức UDP và được thiết kế cho dữ liệu thời gian thực như phương tiện truyền trực tuyến.

Các ứng dụng tại bất kỳ địa chỉ mạng nhất định nào được phân biệt bằng cổng TCP hoặc UDP của chúng. Theo quy ước, một số cổng thường dùng được dành sẵn cho các ứng dụng cụ thể.

Lớp ứng dụng (Application layer)

Lớp ứng dụng bao gồm các giao thức được hầu hết các ứng dụng sử dụng để cung cấp dịch vụ người dùng hoặc trao đổi dữ liệu ứng dụng qua các kết nối mạng được thiết lập bởi các giao thức cấp thấp hơn. Chúng có thể bao gồm một số dịch vụ hỗ trợ mạng cơ bản như các giao thức để định tuyến và cấu hình máy chủ. Ví dụ về giao thức lớp ứng dụng bao gồm Giao thức truyền siêu văn bản - HTTP, Giao thức truyền tệp -FTP, Giao thức truyền thư đơn giản - SMTP và giao thức cấu hình máy chủ động - DHCP. Dữ liệu được mã hóa theo giao thức lớp ứng dụng được đóng gói thành các đơn vị giao thức tầng giao vận (chẳng hạn như các thông điệp TCP hoặc UDP), đến lượt nó sử dụng các giao thức tầng thấp hơn để thực hiện truyền dữ liệu thực tế.

Mô hình TCP/IP không xem xét các chi tiết cụ thể của việc định dạng và trình bày dữ liệu, cũng như không xác định các lớp bổ sung giữa các lớp ứng dụng và truyền tải như trong mô hình OSI (các lớp trình bày và phiên). Các chức năng như vậy là lĩnh vực của các thư viện và giao diện lập trình ứng dụng.

Các giao thức lớp ứng dụng thường coi các giao thức lớp giao vận (và thấp hơn) như hộp đen cung cấp kết nối mạng ổn định để giao tiếp, mặc dù các ứng dụng thường nhận thức được các phẩm chất chính của kết nối lớp giao vận như địa chỉ IP điểm cuối và cổng những con số. Các giao thức lớp ứng dụng thường được liên kết với các ứng dụng máy khách-máy chủ cụ thể và các dịch vụ phổ biến có số cổng nổi tiếng được dành riêng. Ví dụ: Giao thức truyền siêu văn bản sử dụng cổng máy chủ 80 và Telnet sử dụng cổng máy chủ 23. Khách hàng kết nối với dịch vụ thường sử dụng cổng tạm thời, tức là số cổng chỉ được chỉ định trong thời gian giao dịch một cách ngẫu nhiên hoặc từ một phạm vi cụ thể được định cấu hình trong ứng dụng.

Lớp giao vận và các lớp cấp thấp hơn không quan tâm đến các chi tiết cụ thể của các giao thức lớp ứng dụng. Các bộ định tuyến và bộ chuyển mạch thường không kiểm tra lưu lượng được đóng gói, thay vào đó chúng chỉ cung cấp một đường dẫn cho nó. Tuy nhiên, một số ứng dụng tường lửa và điều chỉnh băng thông phải diễn giải dữ liệu ứng dụng. Một ví dụ là giao thức dành riêng tài nguyên (RSVP). Đôi khi cũng cần thiết cho việc truyền tải trình dịch địa chỉ mạng (NAT) để xem xét tải trọng của ứng dụng.

Lớp ứng dụng trong mô hình TCP/IP thường được so sánh tương đương với sự kết hợp của lớp thứ năm – Session (Phiên), thứ sáu – Presentation (Trình bày) và thứ bảy (Ứng dụng) của mô hình OSI.

Hơn nữa, mô hình TCP/IP phân biệt giữa giao thức người dùng và giao thức hỗ trợ. Các giao thức hỗ trợ cung cấp dịch vụ cho hệ thống cơ sở hạ tầng mạng. Các giao thức người dùng được sử dụng cho các ứng dụng người dùng thực tế. Ví dụ, FTP là một giao thức người dùng và DNS là một giao thức hỗ trợ.

1.1.3. Định tuyến trong mạng Internet [3]

Định tuyến là quá trình chọn một đường dẫn tối ưu (theo một số tiêu chí nhất định) cho lưu lượng trong một mạng hoặc giữa và qua nhiều mạng. Nói chung, định tuyến được thực hiện trong nhiều loại mạng, bao gồm cả mạng chuyển mạch kênh, chẳng hạn như

mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN) và mạng chuyển mạch gói, chẳng hạn như Internet.

Trong mạng chuyển mạch gói, định tuyến là việc ra quyết định ở mức cao hơn hướng các gói tin từ nguồn đến đích thông qua các nút mạng trung gian bằng các cơ chế chuyển tiếp gói cụ thể. Chuyển tiếp gói là việc chuyển các gói mạng từ giao diện mạng này sang giao diện mạng khác. Các nút trung gian thường là các thiết bị phần cứng mạng như bộ định tuyến, cổng, tường lửa hoặc bộ chuyển mạch. Máy tính đa năng cũng có thể được sử dụng để chuyển tiếp các gói và thực hiện định tuyến, tuy nhiên chúng không có phần cứng được tối ưu hóa đặc biệt cho tác vụ.

Quá trình định tuyến thường chuyển tiếp trực tiếp trên cơ sở bảng định tuyến. Bảng định tuyến duy trì các bản ghi (mục nhập, entry) về các tuyến đường đến các điểm đến mạng khác nhau. Bảng định tuyến có thể được thiết lập bởi quản trị viên, bởi việc học thông qua quan sát lưu lượng mạng hoặc được xây dựng với sự hỗ trợ của các giao thức định tuyến.

Định tuyến, theo nghĩa hẹp hơn của thuật ngữ này, thường đề cập đến định tuyến IP và tương phản với bắc cầu (bridging). Định tuyến IP giả định rằng các địa chỉ mạng được cấu trúc và các địa chỉ tương tự có nghĩa là gần nhau trong mạng. Địa chỉ có cấu trúc cho phép một mục nhập bảng định tuyến duy nhất đại diện cho tuyến đường đến một nhóm thiết bị.

Các cơ chế định tuyến

Các cơ chế định tuyến khác nhau về cách chúng gửi thông điệp:

Cơ chế unicast (Hình 1-4): Phân phối một thông điệp tới một nút cụ thể sử dụng một liên kết one-to-one giữa một bên gửi và đích: mỗi địa chỉ đích xác định duy nhất một thiết bị đầu cuối nhận. Unicast là hình thức gửi thông điệp chiếm ưu thế trên Internet.

Hình 1-4: Cơ chế định tuyến unicast

Cơ chế broadcast (Hình 1-5): Gửi một thông điệp đến tất cả các nút trong mạng bằng cách sử dụng liên kết one-to-all; một gói dữ liệu từ một nút gửi được chuyển đến tất cả các điểm cuối có thể có liên quan đến địa chỉ quảng bá. Mạng tự động sao chép các dữ liệu khi cần thiết để tiếp cận tất cả những nút nhận trong phạm vi của chương trình quảng bá, thường là một mạng con của toàn bộ mạng.

Hình 1-5: Cơ chế định tuyến Broadcast

Cơ chế multicast (Hình 1-6): Gửi một thông điệp đến một nhóm các nút đã bày tỏ sự quan tâm đến việc nhận thông điệp bằng cách sử dụng liên kết one-to-many-of- many hoặc many-to-many-of-many; gói dữ liệu được định tuyến đồng thời trong một lần truyền tới nhiều người nhận. Multicast khác với broadcast ở chỗ địa chỉ đích chỉ định một tập hợp con, không nhất thiết là tất cả, các nút có thể truy cập.

Hình 1-6: Cơ chế định tuyến Multicast

Cơ chế anycast (Hình 1-7): Gửi thông báo đến bất kỳ nút nào trong số một nhóm các nút, thường là nút gần nguồn nhất bằng cách sử dụng liên kết one-to-one-of-many nơi mà các gói dữ liệu được chuyển đến bất kỳ thành viên nào của một nhóm các máy thu tiềm năng, được xác định bởi cùng một địa chỉ đích. Thuật toán định tuyến theo cơ chế này chọn một máy thu duy nhất từ một nhóm máy, đó là máy thu nào gần nhất theo một độ đo khoảng cách.

Hình 1-7: Cơ chế định tuyến Anycast

Cơ chế geocast (Hình 1-8): Gửi thông điệp đến một nhóm các nút trong mạng dựa trên vị trí địa lý của chúng. Cơ chế này sử dụng một dạng địa chỉ đa hướng chuyên biệtdùng cho một số giao thức định tuyến cho mạng ad hoc di động.

Hình 1-8: Cơ chế định tuyến Geocast

1.1.4. Lưu lượng mạng [4]

Là luồng dữ liệu di chuyển trên mạng tại một thời điểm nhất định. Dữ liệu mạng trong mạng máy tính chủ yếu được đóng gói trong các gói tin mạng, các gói tin này cung cấp tải trong mạng. Lưu lượng mạng là thành phần chính để đo lưu lượng mạng, điều khiển và mô phỏng lưu lượng mạng. Việc tổ chức lưu lượng mạng thích hợp giúp đảm bảo chất lượng dịch vụ trong một mạng nhất định.

Lưu lượng mạng là thành phần chính để đo lường và quản lý băng thông. Hơn nữa, các cấu trúc liên kết khác nhau của mạng chỉ có thể được thực hiện dựa trên lượng lưu lượng mạng trong hệ thống. Lưu lượng mạng có thể được phân loại rộng rãi thành các loại sau:

- Lưu lượng truy cập cao: Băng thông cao được sử dụng trong lưu lượng này.

- Lưu lượng không theo thời gian thực: Sử dụng băng thông trong giờ làm việc.

- Lưu lượng tương tác: Chịu sự cạnh tranh về băng thông và có thể dẫn đến thời gian phản hồi kém nếu ưu tiên các ứng dụng và lưu lượng không được đặt.

- Lưu lượng nhạy cảm với độ trễ: Chịu sự cạnh tranh về băng thông và có thể dẫn đến thời gian phản hồi kém.

Phân tích đúng lưu lượng mạng cung cấp những lợi ích sau:

- Xác định tắc nghẽn mạng: Có thể do người dùng hoặc ứng dụng sử dụng lượng băng thông lớn, do đó tạo thành một phần chính của lưu lượng mạng. Các giải pháp khác nhau có thể được thực hiện để giải quyết những vấn đề này.