Giáo trình Lập trình mạng với ngôn ngữ Java
Lời mở đầu
Lập trình mạng là một trong những nhiệm vụ căn bản để phát triển các ứng dụng
doanh nghiệp. Một chương trình mạng được viết ra để các chương trình trên các máy
tính khác nhau có thể truyền tin với nhau một cách hiệu quả và an toàn cho dù chúng
được cài đặt trên mạng LAN, WAN hay mạng toàn cầu Internet, đây là điều căn bản đối
với sự thành công của nhiều hệ thống.
Java là ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng thuần túy với nhiều đặc trưng ưu việt
so với các ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng khác như tính độc lập với nên, tính bảo
mật,…Java là ngôn ngữ ngay từ khi ra đời đã hướng đến lập trình mạng nên việc viết một
chương trình lập trình mạng bằng Java dễ dàng hơn nhiều so với các ngôn ngữ khác.
Giáo trình này bao gồm 10 chương:
Chương 1: Giới thiệu những khái niệm căn bản về mạng máy tính để người đọc có
thể tiếp cận với các chương tiếp theo. Trong chương này chúng ta sẽ đi vào xem xét
mạng vật lý, phần cứng được sử dụng trong các mạng LAN. Tiếp theo chúng ta sẽ tìm
hiểu mô hình phân tầng OSI bảy tầng, và sự tương ứng của họ giao thức TCP/IP với các
tầng trong mô hình OSI. Sau đó chúng ta sẽ đi vào tìm hiểu các giao thức mạng, giao
thức Internet, và giao thức e-mail.
Chương 2: Giới thiệu ngôn ngữ lập trình Java. Chương này trình bày các khái niệm
căn bản về ngôn ngữ lập trình Java. Giới thiệu lịch sử phát triển và cấu trúc của máy ảo
Java. Những đặc trưng đã tạo nên sức mạnh của ngôn ngữ Java cũng được giới thiệu
trong chương này. Cũng trong chương này chúng ta sẽ đi vào tìm hiểu cách cấu hình và
cài đặt môi trường biên dịch, chạy và soạn thảo ngôn ngữ Java. Tiếp đến ta sẽ đi vào tìm
hiểu các thành phần cơ bản của Java như kiểu dữ liệu, cấu trúc lệnh tuần tự rẽ nhánh,
lặp, và nhảy. Tiếp theo chúng ta sẽ đi vào tìm hiểu các khái niệm liên quan đến lập trình
hướng đối tượng trong Java như lớp, phương thức, thuộc tính, các từ khóa bổ trợ như
static, final, abstract, thừa kế và tính đa hình trong Java. Một trong những khái niệm mới
mà các ngôn ngữ truyền thống trước đây không có là ngoại lệ và đón bắt ngoại lệ trong
Java cũng được giới thiệu.
Chương 3: Các luồng vào ra. Chương này giới thiệu khái niệm vào ra bằng các
luồng dữ liệu. Trước tiên ta sẽ tìm hiểu về các luồng và ý nghĩa của luồng trong chương
trình Java. Tiếp đến chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu các luồng vào ra chuẩn trong gói làm
việc với console. Các luồng trừu tượng java.io.InputStream, java.io.OutputStream là các
luồng cơ bản để từ đó xây dựng nên các luồng cụ thể. Luồng được chia thành các nhóm
như luồng byte và luồng ký tự. Từ phiên bản Java 1.4 một đặc trưng vào ra mới trong
Java được đưa vào cũng được giới thiệu trong chương này. Việc nắm vững kiến thức ở
chương này cũng giúp cho việc lập trình ứng dụng mạng trở nên đơn giản hơn vì thực
chất của việc truyền và nhận dữ liệu giữa các ứng dụng mạng là việc đọc và ghi các
luồng.
Chương 4: Lập trình đa tuyến đoạn. Trong các ngôn ngữ lập trình trước đây các
ứng dụng hầu hết là các ứng dụng đơn tuyến đoạn. Để tăng tốc độ xử lý và giải quyết vấn
đề tương tranh của các ứng dụng nói chung và ứng dụng mạng nói riêng ta cần sử dụng
khái niệm đa tuyến đoạn. Phần đầu của chương này trình bày các khái niệm căn bản về
tiến trình, tuyến đoạn. Tiếp đến chúng ta sẽ xem xét các cách cài đặt một ứng dụng tuyến
đoạn trong Java bằng lớp Thread và thực thi giao tiếp Runnable. Sau đó ta sẽ đi vào tìm
hiểu các phương thức của lớp Thread. Sự đồng bộ hóa và cách cài đặt một chương trình
đồng bộ hóa cũng được giới thiệu trong chương này.
Chương 5: Lập trình mạng với các lớp InetAddress, URL và URLConnection. Lớp
InetAddress là lớp căn bản đầu tiên trong lập trình mạng mà ta cần tìm hiểu. Nó chỉ ra
cách một chương trình Java tương tác với hệ thống tên miền. Tiếp đến ta sẽ đi vào tìm
hiểu các khái niệm về URI, URL,URN và lớp biểu diễn URL trong Java. Cách sử dụng
URL để tải về thông tin và tệp tin từ các server. Sau đó ta đi vào tìm hiểu lớp
URLConnection, lớp này đóng vai trò như một động cơ cho lớp URL.
Chương 6: Lập trình Socket cho giao thức TCP. Trong chương này chúng ta sẽ tìm
hiểu cách lập trình cho mô hình client/server và các kiểu kiến trúc client/server. Các lớp
Socket và ServerSocket được trình bày chi tiết trong chương này để lập các chương trình
cho giao thức TCP.
Chương 7: Lập trình ứng dụng cho giao thức UDP. Chương này giới thiệu giao
thức UDP và các đặc trưng của giao thức này. Tiếp đến ta đi vào tìm hiểu các lớp
DatagramPacket và DatagramSocket để viết các chương trình ứng dụng mạng cho giao
thức UDP.
Chương 8: Tuần tự hóa đối tượng và ứng dụng trong lập trình mạng. Trình bày các
vấn đề về tuần tự hóa và ứng dụng của tuần tự hóa trong lập trình mạng.
Chương 9: Phân tán đối tượng bằng Java RMI. Chương này tìm hiểu chủ đề về lập
trình phân tán đối tượng bằng kỹ thuật gọi phương thức RMI (Remote Method
Invocation).
Chương 10:Xử lý cơ sở dữ liệu trong Java. Trình bày cách thức kết nối các cơ sở
dữ liệu và xử lý cơ sở dữ liệu bằng Java thông qua giao diện lập trình ứng dụng JDBC.
Tìm hiểu về lập trình mạng tốt nhất là trên các hệ thống mạng thực sự với nhiều
máy tính được kết nối vật lý. Tuy nhiên trong giáo trình này hầu hết các ví dụ được trình
bày để bạn đọc có thể lập trình và thử nghiệm các ứng dụng mạng trên các máy đơn.
Mặc dù đã hết sức cố gắng để trình bày giáo trình một cách dễ hiểu với các ví dụ
minh họa giúp bạn đọc có thể thử nghiệm ngay sau khi tìm hiểu các vấn đề lý thuyết,
nhưng chắc chắn giáo trình này không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Rất mong
sự góp ý và phê bình của các bạn độc giả. Mọi thắc mắc và góp ý các bạn có thể gửi về
Để hoàn thành giáo trình này các tác giả đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều từ
bạn bè, đồng nghiệp và những người thân.
Xin chân thành cảm ơn tới tất cả mọi người.
Nhóm tác giả
MỤC LỤC
Lời mở đầu
Chương 1:Các khái niệm căn bản về mạng và giao thức..............................................1
1. Mạng máy tính....................................................................................................1
1.1. Các đường WAN.............................................................................1
1.2 .Giao thức Ethernet..........................................................................2
1.3. Các thành phần vật lý......................................................................3
2. Mô hình phân tầng..............................................................................................6
2.1. Tầng 1:Tầng vật lý...........................................................................7
2.2. Tầng 2: Tầng liên kết dữ liệu...........................................................7
2.3. Tầng 3: Tầng mạng.........................................................................7
2.4. Tầng 4:Tầng giao vận .....................................................................7
2.5. Tầng 5: Tầng phiên ...........................................................................
2.6. Tầng 6:Tầng trình diễn....................................................................7
2.7. Tầng 7:Tầng ứng dụng....................................................................7
3. Các giao thức mạng ............................................................................................8
3.1. Các giao thức cơ bản......................................................................8
3.2. Các giao thức Internet...................................................................14
4. Soket.................................................................................................................17
5. Dịch vụ tên miền.............................................................................................. 17
5.1. Các server tên miền ......................................................................18
5.2. Nslookup.......................................................................................19
6. Internet và Extranet ..........................................................................................20
6.1. Intranet và Extranet20
6.2. Firewall..........................................................................................20
6.3. Proxy Server .................................................................................20
Chương 2 : Giới thiệu ngôn ngữ lập trình Java ...........................................................21
1. Giới thiệu công nghệ Java................................................................................21
1.1. Lịch sử phát triển...........................................................................21
1.2. Cấu trúc của máy ảo Java – Java Virtual Machine........................21
1.3. Các đặc trưng của Java ................................................................21
1.4. Các ấn bản Java ...........................................................................22
1.5. Công cụ phát triển.........................................................................23
1.6. Các kiểu ứng dụng trong Java.......................................................23
1.7. Cài đặt chương trình dịch Java và các công cụ.............................23
1.8. Một số ví dụ mở đầu .....................................................................25
2. Ngôn ngữ lập trình Java ....................................................................................27
2.1. Cấu trúc tệp của một chương trình Java .......................................27
2.2. Định danh, kiểu dữ liệu và khai báo biến.......................................28
2.3. Các kiểu dữ liệu nguyên thủy (primitive datatype).........................28
2.4. Khai báo các biến..........................................................................30
2.5. Các lệnh trong Java ......................................................................31
2.6 Các lớp và các đối tượng trong Java..............................................36
2.7. Giao tiếp – Interface......................................................................48
2.8. Các gói và sử dụng gói trong Java................................................50
2.9. Quản lý ngoại lệ ............................................................................52
I
Chương 3: Các luồng vào ra.......................................................................................59
1. Khái niệm về luồng trong Java...........................................................................59
1.1. Khái niệm luồng(stream) ...............................................................59
2. Luồng xuất nhập chuẩn.....................................................................................60
3. Luồng nhị phân..................................................................................................60
3.1. Lớp InputStream ...........................................................................60
3.2. Lớp OutputStream.........................................................................61
3.3. Các luồng xuất nhập mảng byte....................................................62
3.4. Luồng xuất nhập tập tin.................................................................64
3.5. Truy nhập tệp ngẫu nhiên..............................................................66
3.6. Luồng PrintStream .......................................................................68
4. Luồng ký tự .....................................................................................................68
4.1. Sự tương ứng giữa luồng byte và luồng ký tự...............................68
4.2. Mã hóa ký tự .................................................................................69
4.3 Lớp Writer......................................................................................70
4.4. Lớp Reader...................................................................................70
4.5. Lớp OutputStreamWriter ...............................................................70
4.6. Lớp InputStreamReader................................................................71
4.7. Lớp FileWriter ...............................................................................71
4.8. Lớp FileReader .............................................................................72
5. Luồng đệm ........................................................................................................73
6. Luồng vào ra mới – New Input Output...............................................................74
6.1. Căn bản về NIO ............................................................................74
6.2. Buffer (Các vùng đệm) ..................................................................74
6.3. Các kênh (Channel) ......................................................................76
6.4. Charset và Selector.......................................................................76
6.5. Đọc tệp..........................................................................................77
6.6. Ghi tệp tin......................................................................................80
7. Kết luận...................................................................................................................82
Chương 4: Lập trình đa tuyến đoạn ............................................................................83
1.Tổng quan83
1.1. Lập trình đơn tuyến đoạn ..............................................................83
1.2. Lập trình đa tiến trình ....................................................................83
1.3. Lập trình đa tuyến đoạn.................................................................84
2. Tạo các ứng dụng đa tuyến đoạn với lớp Thread..............................................86
3. Tạo ứng dụng đa tuyến đoạn với giao tiếp Runnable ........................................87
4. Sự đồng bộ hóa.................................................................................................88
4.1. Các phương thức synchronized ....................................................88
4.2.Lệnh synchronized.........................................................................89
5. Phương thức wait và notify................................................................................90
6. Lập lịch cho tuyến đoạn.....................................................................................91
7. Hoài vọng-Deadlock ..........................................................................................92
8. Điều khiển tuyến đoạn.......................................................................................94
8.1. Ngắt một tuyến đoạn Thread.........................................................94
8.2 Kết thúc việc thực thi một tuyến đoạn.............................................95
8.3. Tạm dừng và phục hồi việc xử lý các tuyến đoạn..........................96
II
9. Các nhóm tuyến đoạn –ThreadGroup................................................................96
9.1. Tạo một nhóm Thread...................................................................98
10. Một ví dụ minh họa việc sử dụng tuyến đoạn ..................................................98
11. Kết luận.........................................................................................................100
Chương 5: Lập trình mạng với các lớp InetAddress, URL và URLConnection ..........102
1. Lớp InetAddress102
1.1. Tạo các đối tượng InetAddress102
1.2. Nhận các trường thông tin của một đối tượng InetAddress.........103
1.3. Một số chương trình minh họa ....................................................104
2. Lớp URL..........................................................................................................105
2.1. Tạo các URL...............................................................................105
2.2. Phân tích một URL thành các thành phần...................................106
2.3. Tìm kiếm dữ liệu từ một URL ......................................................108
2.4. Các phương thức tiện ích............................................................109
3. Lớp URLConnection109
3.1. Mở các URLConnection .............................................................110
3.2. Đọc dữ liệu từ một server............................................................111
3.3. Phân tích Header ........................................................................113
Chương 6: Lập trình Socket cho giao thức TCP........................................................119
1. Mô hình client/server .......................................................................................119
2. Các kiến trúc Client/Server .............................................................................120
2.1. Client/Server hai tầng (two-tier client/server)...............................120
2.2. Client/Server ba tầng...................................................................121
2.3. Kiến trúc n-tầng...........................................................................122
3. Mô hình truyền tin socket.................................................................................122
4. Socket cho Client.............................................................................................124
4.1. Các constructor...........................................................................124
4.2. Nhận các thông tin về Socket......................................................125
4.3. Đóng Socket................................................................................126
4.4. Thiết lập các tùy chọn cho Socket127
4.5. Các phương thức của lớp Object127
4.6. Các ngoại lệ Socket ....................................................................127
4.7. Các lớp SocketAddress...............................................................127
5. Lớp ServerSocket............................................................................................128
5.1. Các constructor...........................................................................128
5.2. Chấp nhận và ngắt liên kết..........................................................129
6. Các bước cài đặt chương trình phía Client bằng Java.....................................131
7. Các bước để cài đặt chương trình Server bằng Java ......................................134
8. Ứng dụng đa tuyến đoạn trong lập trình Java..................................................136
9. Kết luận...........................................................................................................141
Chương 7: Lập trình ứng dụng cho giao thức UDP...................................................142
1. Tổng quan về giao thức UDP ..........................................................................142
1.1 Một số thuật ngữ UDP..................................................................142
1.2. Hoạt động của giao thức UDP.....................................................143
1.3. Các nhược điểm của giao thức UDP...........................................143
1.4. Các ưu điểm của UDP ................................................................144
1.5. Khi nào thì nên sử dụng UDP......................................................144
2. Lớp DatagramPacket.......................................................................................145
III
2.1. Các constructor để nhận datagram .............................................145
2.2. Constructor để gửi các datagram ................................................146
3. Lớp DatagramSocket.......................................................................................148
4. Nhận các gói tin ..............................................................................................148
5. Gửi các gói tin .................................................................................................150
6. Ví dụ minh họa giao thức UDP........................................................................151
Chương 8: Phân tán đối tượng trong Java bằng RMI................................................159
1.Tổng quan........................................................................................................159
2. Mục đích của RMI............................................................................................159
3. Một số thuật ngữ ............................................................................................160
4. Các lớp trung gian Stub và Skeleton ...............................................................160
5. Cơ chế hoạt động của RMI..............................................................................160
6. Kiến trúc RMI...................................................................................................163
7. Cài đặt chương trình........................................................................................164
8. Triển khai ứng dụng ........................................................................................166
9. Các lớp và các giao tiếp trong gói java.rmi ......................................................167
9.1. Giao tiếp Remote .......................................................................167
9.2. Lớp Naming ................................................................................167
10. Các lớp và các giao tiếp trong gói java.rmi.registry........................................168
10.1. Giao tiếp Registry......................................................................168
10.2. Lớp LocateRegistry...................................................................168
11. Các lớp và các giao tiếp trong gói java.rmi.server .........................................169
11.1. Lớp RemoteObject....................................................................169
11.2. Lớp RemoteServer....................................................................169
11.3. Lớp UnicastRemoteObject ........................................................169
12. Kết luận169
Chương 9 : Xử lý cơ sở dữ liệu trong Java ...............................................................171
1. JDBC Java Database Connectivity API ...........................................................171
2. Cấu trúc của JDBC..........................................................................................171
2.1. Kiểu 1..........................................................................................172
2.2. Kiểu 2..........................................................................................173
2.3. Kiểu 3..........................................................................................174
2.4. Kiểu 4..........................................................................................175
3. Kết nối cơ sở dữ liệu .......................................................................................176
3.1. DriverManager ...........................................................................176
3.2. Connection..................................................................................176
3.3. Statement....................................................................................177
3.4. ResultSet ....................................................................................177
4. Lớp DatabaseMetaData ..................................................................................178
5. Lớp ResultSetMetaData ..................................................................................179
6. Các bước cơ bản để kết nối với cơ sở dữ liệu từ một ứng dụng Java.............180
7. Sử dụng PreparedStatement...........................................................................185
8. Sử dụng các giao tác.......................................................................................187
Tài liệu tham khảo.....................................................................................................190
IV
Chương 1
Các khái niệm căn bản về mạng và giao thức mạng
1. Mạng máy tính
Mạng máy tính Là tập hợp các máy tính hoặc các thiết bị được nối với nhau bởi
các đường truyền vật lý và theo một kiến trúc nào đó.
Chúng ta có thể phân loại mạng theo qui mô của nó:
Mạng LAN (Local Area Network)-mạng cục bộ: kết nối các nút trên một phạm vi
giới hạn. Phạm vi này có thể là một công ty, hay một tòa nhà.
Mạng WAN (Wide Area Network): nhiều mạng LAN kết nối với nhau tạo thành
mạng WAN.
MAN (Metropolitan Area Network), tương tự như WAN, nó cũng kết nối nhiều
mạng LAN. Tuy nhiên, một mạng MAN có phạm vi là một thành phố hay một đô thị
nhỏ. MAN sử dụng các mạng tốc độ cao để kết nối các mạng LAN của trường
học, chính phủ, công ty, ..., bằng cách sử dụng các liên kết nhanh tới từng điểm
như cáp quang.
Khi nói đến các mạng máy tính, người ta thường đề cập tới mạng xương sống
(backbone). Backbone là một mạng tốc độ cao kết nối các mạng có tốc độ thấp hơn. Một
công ty sử dụng mạng backbone để kết nối các mạng LAN có tốc độ thấp hơn. Mạng
backbone Internet được xây dựng bởi các mạng tốc độ cao kết nối các mạng tốc độ cao.
Nhà cung cấp Internet hoặc kết nối trực tiếp với mạng backbone Internet, hoặc một nhà
cung cấp lớn hơn.
1.1. Các đường kết nối trong mạng WAN
Để kết nối tới một mạng WAN, có một số tùy chọn như sau:
Khi một khách hàng cụ thể yêu cầu sử dụng mạng với thông lượng xác định,
chúng ta có thể sử dụng các đường thuê bao (leased line).
Các đường chuyển mạch (switched lines) được sử dụng bởi dịch vụ điện thoại
thông thường. Một mạch được thiết lập giữa phía nhận và phát trong khoảng thời
gian thực hiện cuộc gọi hoặc trao đổi dữ liệu. Khi không còn cần dùng đường
truyền nữa, thì cần phải giải phóng đường truyền cho khách hàng khác sử dụng.
Các ví dụ về các đường chuyển mạch là các đường POTS , ISDN, và DSL.
Mạng chuyển mạch gói là mạng mà trong đó nhà cung cấp dịch vụ cung cấp công
nghệ chuyển mạch để giao tiếp với mạng xương sống. Giải pháp này cung cấp
hiệu năng cao và khả năng chia sẻ tài nguyên giữa các khách hàng.
Các giao thức được sử dụng cho các mạng chuyển mạch bao gồm X.25
(64Kbps), Frame Relay (44.736Mbps), và ATM (9.953 Gbps).
Kiến trúc mạng: Một trong những vấn đề cần quan tâm đối với một mạng máy tính
là kiến trúc mạng. Nó cập tới hai khía cạnh là Hình trạng mạng và Giao thức
mạng.
Hình trạng mạng: Là cách nối các máy tính với nhau. Người ta phân loại mạng
theo hình trạng mạng như mạng sao, mạng bus, mạng ring…
Giao thức mạng: Là tập hợp các qui tắc, qui ước truyền thông của mạng mà tất cả
các thực thể tham gia truyền thông phải tuân theo.
1
1.2. Giao thức Ethernet
Để có được sự hiểu biết tốt hơn về các mạng vật lý hoạt động như thế nào, chúng
ta sẽ xem xét một số giao thức LAN phổ biến: giao thức Ethernet. Chín mươi phần trăm
các thiết bị gắn với một mạng LAN sử dụng giao thức Ethernet, ban đầu được phát triển
bởi Xerox, Digital Equipement, và Intel năm 1972.
Ngày nay, Ethernet có thể hỗ trợ các đường truyền 100Mbps và 1Gbps. Rất nhiều
công nghệ đường truyền có thể được sử dụng với một Ethernet. Người ta sử dụng một
số qui ước để đặt tên giao thức Enternet. Tên này chỉ ra tốc độ của mạng Ethernet và các
thuộc tính của công nghệ đường truyền. Các tên như vậy được bắt đầu bằng một số để
chỉ ra tốc độ truyền tối đa, tiếp theo là một từ được sử dụng để xác định công nghệ truyền
dẫn, và cuối cùng là một số để chỉ ra khoảng cách giữa hai nút. Ví dụ, 10Base2 ký hiệu
một Ethernet hoạt động với tốc độ 10Mbps sử dụng kỹ thuật truyền trên băng tần cơ sở,
với các cáp có chiều dài tối đa là 200m. Một số cấu hình thông dụng khác như sau:
Chuẩn Ethernet
10Base5
10BaseT
Tốc độ
10Mbps
10Mbps
Kiểu cáp
Cáp đồng trục
Cáp đồng
Mô tả
Đây là chuẩn ban đầu cho Ethernet
10BaseT là một mạng 10Mbps với cáp
xoắn.
100BaseTX
100Mbs
Cáp đồng
100Mbps công nghệ cáp xoắn và khả
năng truyền song công
1000BaseSX
1000Mbps Cáp đa chế độ
1000Mbps với cáp sợi quang. S :Short
wavelength (850nm)
Bảng 1.1
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect).
Nhiều thiết bị được kết nối vào cùng một mạng và tất cả đều cùng có quyền truy
xuất đồng thời. Khi một thông điệp được gửi đi, nó được truyền thông qua một mạng .
Phía nhận được định danh bởi một địa chỉ duy nhất, và chỉ có nút này đọc thông điệp, còn
các nút khác thì bỏ qua.
Một vấn đề đặt ra là khi có nhiều nút cùng cố gắng gửi thông điệp tại cùng một thời
điểm, điều này có thể phá hỏng các gói tin. Giải pháp cho vấn đề này là mỗi nút mạng
giám sát mạng và có thể phát hiện mạng đang rảnh hay bận. Một nút chỉ có thể bắt đầu
gửi dữ liệu khi không có dữ liệu nào được gửi đi trên mạng trước đó. CSMA là một bộ
phận của CSMA/CD.
Tuy nhiên vẫn có khả năng là hai nút, sau khi kiểm tra thấy mạng không bận, bắt
đầu gửi gói tin cùng một thời điểm trên cùng cáp mạng. Điều này có thể gây lên xung đột
giữa hai gói tin, kết quả là phá hỏng dữ liệu. Cả hai phía gửi đều nhận thức được gói tin
bị hỏng bởi vì nó vẫn lắng nghe mạng khi gửi dữ liệu, và vì thế có thể phát hiện xung đột.
Đây là CD (Collision Dection) trong CSMA/CD. Cả hai nút dừng việc truyền dữ liệu ngay
tức thời, và chờ một thời điểm nhất định trước khi kiểm tra mạng trở lại để xem mạng có
rỗi hay không và truyền lại.
Mỗi nút trên mạng sử dụng một địa chỉ MAC (Media Access Control) để định danh
duy nhất. Địa chỉ này được định nghĩa bởi thiết bị giao tiếp mạng. Một gói tin được gửi đi
trên mạng, nhưng nếu thiết bị mạng không nhận diện host của nó như một host nhận, nó
sẽ bỏ qua gói tin và chuyển tiếp nó.
2
Các giao thức khác
IBM đã phát triển giao thức Token Ring (IEEE802.5), trong đó các nút mạng được
kết nối theo một vòng. Với Ethernet, bất kỳ một nút nào cũng có thể gửi một thông điệp
khi không có gói tin nào trên mạng. Với Token Ring mỗi nút có một quyền truy xuất tới
mạng theo một thứ tự định trước. Một token lưu chuyển vòng quanh vòng, và chỉ nút lệnh
nào có thẻ bài mới có thể gửi thông điệp. Ngày nay, Ethernet đang thay thế dần các
mạng Token Ring bởi vì các mạng này tốn kém và khó cài đặt.
AppleTalk là một giao thức mạng LAN được phát triển bởi Apple tương đối phổ
biến trong các trường học, các nhà máy,...
ATM là một giao thức khác có thể tìm thấy trong mạng LAN. Nó hỗ trợ các mạng
tốc độ cao sử dụng kỹ thuật chuyển mạch và có đảm bảo chất lượng dịch vụ.
1.3. Các thành phần vật lý
Một vấn đề quan trọng để biết về mạng là biết về phần cứng. Chúng ta sẽ xem xét
các thành phần chủ yếu của một mạng LAN sau:
o
o
o
o
Thiết bị giao tiếp mạng
Hub
Switch
Router
Thiết bị giao tiếp mạng (Network Interface Thiết bị)
NIC là thiết bị giao tiếp được sử dụng để kết nối một thiết bị với mạng LAN. Nó cho
phép chúng ta gửi và nhận các thông điệp từ mạng. Một NIC có một địa chỉ MAC duy
nhất mà cung cấp định danh duy nhất cho từng thiết bị.
Địa chỉ MAC là một số 12 byte-hệ 16 được gán cho thiết bị mạng. Địa chỉ này có
thể được thay đổi bởi một trình điều khiển mạng một cách linh hoạt (như trong trường
hợp của hệ thống DECnet, mạng được phát triển bởi Digital Equipment), nhưng thông
thường địa chỉ MAC không thay đổi.
Ta có thể tìm địa chỉ MAC của một máy sử dụng hệ điều hành Windows bằng cách
dùng tiện ích dòng lệnh ipconfig trong DOS với tham số switch
Hình 1.1
3
Hub
Nhiều thiết bị có thể được kết nối một cách dễ dàng với sự giúp đỡ của một hub.
Hub là một thiết bị kết nối gắn nhiều thiết bị vào LAN. Mỗi thiết bị thường kết nối thông
qua một cáp tới một cổng trên hub.
Hub hoạt động như một bộ chuyển tiếp. Khi nó chuyển từng thông điệp từ cổng này
tới cổng khác, và chuyển tới mạng. Hub là một thành phần tương đối đơn giản của một
mạng, hoạt động ở tầng vật lý để truyền dữ liệu mà không cần thao tác xử lý nào. Điều
này làm cho các hub dễ cài đặt và quản lý, vì chúng không đòi hỏi cấu hình đặc biệt nào.
Switch
Các chuyển mạch (switch) phân chia mạng thành các đoạn (segment). So với hub,
switch là một thiết bị thông minh hơn nhiều. Switch lưu trữ các địa chỉ MAC của các thiết
bị được kết nối tới các cổng của nó trong bảng lookup. Các bảng lookup cho phép switch
lọc các thông điệp mạng và không giống với hub, nó không chuyển tiếp các thông điệp tới
từng cổng. Điều này loại bỏ các xung đột có thể xảy ra và mạng có thể đạt được hiệu
năng tốt hơn. Chức năng chuyển mạch được thực hiện bằng cách sử dụng phần cứng.
Router
Router là một thiết bị trung gian mạng, kết nối nhiều mạng vật lý. Một mạng có
nhiều host có thể được phân chia thành các phần riêng, hay còn gọi là subnet. Ưu điểm
của các subnet là:
Hiệu năng được cải thiện bằng cách giảm broadcast, broadcast là 1 thông
điệp được gửi tới tất cả các nút của mạng.
Khả năng hạn chế người dùng trong từng mạng con xác định đưa ra
những ưu điểm về bảo mật.
Các subnet nhỏ hơn sẽ dễ quản lý hơn so với một mạng lớn.
Các router không chỉ được sử dụng trong LAN, chúng có một vai trò quan trọng
trong WAN. Router nhận một thông điệp và chuyển tiếp nó tới đích bằng cách sử dụng
đường đi tốt nhất tới đích đó.
Một Router lưu giữ một bảng định tuyến liệt kê tất cả các cách mà các mạng có thể
đạt tới. Thông thường sẽ có một số đường đi từ mạng này tới mạng khác, nhưng chỉ có
một trong số đó là tốt nhất, và nó là con đường được mô tả trong bảng định tuyến. Các
router truyền tin bằng cách sử dụng các giao thức định tuyến để phát hiện các router khác
trên mạng, và hỗ trợ cho việc trao đổi thông tin về các mạng được gắn với từng bộ định
tuyến.
Thông tin mà một bộ định tuyến thu thập về các đường đi giữa các mạng được gọi
là độ đo router, và có thể bao gồm những thông tin như sự mất mát gói tin và thời gian
truyền tin. Thông tin được sử dụng để tạo ra độ đo tùy thuộc vào giao thức định tuyến:
Giao thức định tuyến vectơ khoảng cách
Các giao thức RIP(Routing Information Protocol) và IGRP(Interior Gateway
Routing Protocol) sử dụng một biến đếm để chỉ ra số router mà gói tin phải
đi qua để đến đích. Các giao thức này thường lựa chọn các đường đi với ít
router, mà không quan tâm đến tốc độ và độ tin cậy.
Các giao thức định tuyến trạng thái liên kết
Việc tính toán đường đi tốt nhất của các giao thức định tuyến OSPF và
BGP quan tâm đến nhiều yếu tố như tốc độ, độ tin cậy, và thậm chí là chi
phí của đường đi.
Các giao thức định tuyến lai
4
Các giao thức này sử dụng sự kết hợp việc tính toán trạng thái liên kết và
vectơ khoảng cách.
Vấn đề tìm đường đi
Với cấu hình TCP/IP, một gateway mặc định được thiết lập. Đây là một địa chỉ IP
của cổng bộ định tuyến mà subnet kết nối tới. Bộ định tuyến này được sử dụng khi một
host ở bên ngoài subnet cần được liên lạc.
Ta có thể thấy bảng định tuyến cục bộ trên hệ điều hành Windows bằng cách sử
dụng lệnh ROUTE PRINT trên dòng lệnh.. Lệnh này hiển thị các gateway sẽ được sử
dụng cho mỗi liên kết mạng.
Hình 1.2
Một lệnh hữu ích khác là lệnh TRACERT. Lệnh này cho phép chúng ta kiểm tra
đường đi được sử dụng để đi tới đích.
Hình 1.3
5
2. Mô hình phân tầng
ISO đã định nghĩa một mô hình cho một mạng đã được chuẩn hóa sẽ thay thế cho
TCP/IP,DECNet và các giao thức khác như là một giao thức mạng cơ bản được sử dụng
cho Internet. Tuy nhiên, do sự phức tạp của OSI, mô hình này không được cài đặt và sử
dụng nhiều trong thực tế. TCP/IP đơn giản hơn nhiều và vì vậy có thể tìm thấy ở nhiều
nơi. Nhưng có rất nhiều ý tưởng mới từ giao thức OSI có thể tìm thấy trong phiên bản tiếp
theo của IP, IPv6.
Trong khi giao thức OSI không được xây dựng đầy đủ trong thực tế, nhưng mô
hình bảy tầng đã rất thành công và nó hiện đang được sử dụng như là một mô hình tham
chiếu để mô tả các giao thức mạng khác nhau và chức năng của chúng.
Các tầng của mô hình OSI phân chia các nhiệm vụ cơ bản mà các giao thức mạng
phải thực hiện, và mô tả các ứng dụng mạng có thể truyền tin như thế nào. Mỗi tầng có
một mục đích cụ thể và được kết nối với các tầng ở ngay dưới và trên nó. Bảy tầng của
mô hình OSI.
Hình 1.4
Tầng ứng dụng (Application): định nghĩa một giao diện lập trình giao tiếp với mạng
cho các ứng dụng người dùng.
Tầng trình diễn (Presentation): có trách nhiệm mã hóa dữ liệu từ tầng ứng dụng
để truyền đi trên mạng và ngược lại.
Tầng phiên (Session): tạo ra một liên kết ảo giữa các ứng dụng.
Tầng giao vận (Transport): cho phép truyền dữ liệu với độ tin cậy cao.
Tầng mạng (Network): cho phép truy xuất tới các nút trong mạng LAN bằng cách
sử dụng địa chỉ logic
Tâng liên kết dữ liệu (Data Link): truy xuất tới một mạng vật lý bằng các địa chỉ vật
lý.
Cuối cùng, tầng vật lý (Physical): có thể bao gồm các thiết bị kết nối, cáp nối.
Bây giờ chúng ta tìm hiểu khái niệm của các tầng này bằng cách xem xét chức
năng của từng tầng chi tiết hơn.
6
2.1. Tầng 1:Tầng vật lý
Tầng vật lý bao gồm môi trường vật lý như yêu cầu về cáp nối, các thiết bị kết nối,
các đặc tả giao tiếp, hub và các repeater,...
2.2. Tầng 2: Tầng liên kết dữ liệu
Địa chỉ MAC mà chúng ta đã đề cập là địa chỉ của tầng 2. Các nút trên LAN gửi
thông điệp cho nhau bằng cách sử dụng các địa chỉ IP, và các địa chỉ này phải được
chuyển đổi sang các địa MAC tương ứng.
Giao thức phân giải địa chỉ (ARP: Address Resolution Protocol) chuyển đổi địa chỉ
IP thành địa chỉ MAC.Một vùng nhớ cache lưu trữ các địa chỉ MAC tăng tốc độ xử lý này,
và có thể kiểm tra bằng tiện ích arp -a,
2.3. Tầng 3: Tầng mạng
Tầng mạng là tầng nằm phía trên tầng liên kết. Trong tầng 3, địa chỉ logic được sử
dụng để kết nối tới các nút khác. Các địa chỉ MAC của tầng 2 chỉ có thể được sử dụng
trong một mạng LAN, và chúng ta phải sử dụng cách đánh địa chỉ của tầng 3 khi truy xuất
tới các nút trong mạng WAN.
Internet Protocol là giao thức tầng 3; nó sử dụng các địa chỉ IP để định danh các
nút trên mạng. Các router ở tầng 3 được sử dụng để định đường đi trong mạng.
2.4.Tầng 4:Tầng giao vận
Tầng mạng định danh các host bởi các địa chỉ logic. Tầng ứng dụng nhận biết một
ứng dụng thông qua cái gọi là điểm cuối (endpoint). Với giao thức TCP, endpoint được
nhận biết bởi một số hiệu cổng và địa chỉ IP.
Tầng giao vận được phân loại theo cách truyền tin với độ tin cậy hay không.
Truyền tin với độ tin cậy là khi có một lỗi được tạo ra nếu thông điệp được gửi đi nhưng
không nhận được một cách đúng đắn. Trong khi truyền tin có độ tin cậy không cao sẽ
không kiểm tra xem liệu thông điệp được gửi đi đã nhận được hay chưa. Trong truyền tin
với độ tin cậy, tầng giao vận có nhiệm vụ gửi đi các gói tin xác thực hay các thông điệp
truyền lại nếu dữ liệu bị hỏng hay bị thất lạc, hay dữ liệu bị trùng lặp.
Một cách khác để phân loại các mạng truyền tin là phân loại mạng theo hướng liên
kết hay phi liên kết
Với truyền tin hướng liên kết, một liên kết phải được thiết lập trước khi các thông
điệp được gửi hoặc được nhận.
Với truyền tin phi liên kết thì không cần giai đoạn thiết lập liên kết.
2.5. Tầng 5: Tầng phiên
Với mô hình OSI, tầng phiên xác định cá dịch vụ cho một ứng dụng, như đăng
nhập và đăng xuất một ứng dụng. Tầng phiên biểu diễn một liên kết ảo giữa các ứng
dụng. Liên kết tầng phiên độc lập với liên kết vật lý ở tầng giao vận, và các liên kết tầng
giao vận được yêu cầu cho một liên kết ở tầng phiên.
2.6.Tầng 6:Tầng trình diễn
Tầng trình diễn được sử dụng để định dạng dữ liệu theo các yêu cầu của ứng
dụng. Mã hóa, giải mã, và nén dữ liệu thường diễn ra ở tầng này.
2.7. Tầng 7:Tầng ứng dụng
Tầng ứng dụng là tầng cao nhất của mô hình OSI. Tầng này bao gồm các ứng
dụng sử dụng các tiện ích mạng. Các ứng dụng này có thể thực hiện các tác vụ như
truyền tệp tin, in ấn, e-mail, duyệt web,…
7
3. Các giao thức mạng
Các tầng OSI định nghĩa một mô hình các tầng giao thức, và cách mà chúng hoạt
động cùng với nhau. Chúng ta so sánh các tầng OSI với một cài đặt cụ thể:. Chồng giao
thức TCP/IP là một dạng cụ thể của mô hình OSI, nó bao gồm 4 tầng. Giao thức IP tương
ứng với tầng 3 của mô hình OSI; TCP và UDP tương ứng với tầng 4 của mô hình OSI, và
chúng thực hiện các nhiệm vụ của tầng phiên, tầng trình diễn, và tầng ứng dụng
Trong mục tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét chức năng và mục đích của các giao
thức của họ giao thức TCP/IP theo trình tự sau:
Các giao thức cơ bản
Các giao thức Internet
Các giao thức E-mail
Các giao thức khác
3.1. Các giao thức cơ bản
Như chúng ta có thể thấy, họ giao thức TCP/IP có cấu trúc phân tầng đơn giản hơn
nhiều so với mô hình 7 tầng của mô hình OSI. TCP và UDP là các giao thức tầng giao
vận tương ứng với tầng 4 của mô hình 7 tầng OSI. Cả hai giao thức này đều sử dụng
giao thức IP, một giao thức tương ứng với tầng 3 của mô hình OSI (tầng mạng). Cũng
như ba giao thức này có hai giao thức cơ bản trong họ giao thức TCP/IP mở rộng tính
năng của giao thức IP: ICMP và IGMP.
3.1.1. IP-Internet Protocol
Giao thức Internet kết nối hai nút. Mỗi nút được định danh bởi một địa chỉ IP 32bit,
được gọi là địa chỉ IP của host. Khi gửi một thông điệp, giao thức IP nhận thông điệp từ
các giao thức tầng trên như TCP hay UDP và đưa vào trường header chứa thông tin của
host đích.
Cách tốt nhất để hiểu giao thức IP là bằng cách xem các trường thông tin header
IP chi tiết. Thông tin này được liệt kê trong bảng sau.
Trường
IP Version
(Phiên bản IP)
Độ dài
4 bits
Mô tả
Phiên bản IP. ( Phiên bản giao thức hiện nay là
IPv4)
IP Header Length
(Chiều dài Header)
Type of Service
(Kiểu dịch vụ)
4 bits
Chiều dài của header.
1 byte
Kiểu dịch vụ cho phép một thông điệp được đặt
ở chế độ thông lượng cao hay bình thường, thời
gian trễ là bình thường hay lâu, độ tin cậy bình
thường hay cao. Điều này có lợi cho các gói
được gửi đi trên mạng. Một số kiểu mạng sử
dụng thông tin này để xác định độ ưu tiên
Hai byte xác định tổng chiều dài của thông
điệp-header và dữ liệu. Kích thước tối đa của
một gói tin IP là 65,535, nhưng điều này là
không thực tế đối với các mạng hiện nay. Kích
thước lớn nhất được chấp nhận bởi các host là
576 bytes. Các thông điệp lớn có thể phân thành
các đoạn-quá trình này được gọi là quá trình
phân đoạn
Total Length
(Tổng chiều dài)
2 bytes
8
Identification
(Định danh)
2 bytes
Nếu thông điệp được phân đoạn, trường định
danh trợ giúp cho việc lắp ráp các đoạn thành
một thông điệp. Nếu một thông điệp được phân
thành nhiều đoạn, tất cả các đoạn của một thông
điệp có cùng một số định danh.
Flags
3 bits
Các cờ này chỉ ra rằng thông điệp có được phân
đoạn hay không, và liệu gói tin hiện thời có
phải là đoạn cuối cùng của thông điệp hay
không.
Fragment Offset
13 bits
13 bit này xác định offset của một thông điệp.
Các đoạn có thể đến theo một thứ tự khác với
khi gửi, vì vậy trường offset là cần thiết để xây
dựng lại dữ liệu ban đầu. Đoạn đầu tiên của một
thông điệp có offset là 0
Time to Live
Protocol
1 byte
1 byte
2 bytes
Xác định số giây mà một thông điệp tồn tại
trước khi nó bị loại bỏ.
Byte này chỉ ra giao thức được sử dụng ở mức
tiếp theo cho thông điệp này. Các số giao th ức
Đây là chỉ là checksum của header. Bởi vì
header thay đổi với từng thông điệp mà nó
chuyển tới, checksum cũng thay đổi.
Header Checksum
Source Address
4 bytes
Cho biết địa chỉ IP 32 bit của phía gửi
Destination Address 4 bytes
Địa chỉ IP 32 bit của phía nhận
Options
Padding
variable
variabe
Bảng 1.2
Các địa chỉ IP
Mỗi nút trên mạng TCP/IP có thể được định danh bởi một địa chỉ IP 32-bit. Thông
thường một địa chỉ IP được biểu diễn bởi bộ bốn x.x.x.x, chẳng hạn 192.168.0.1 . Mỗi số
trong bốn số này biểu diễn một byte của địa chỉ IP.
Một địa chỉ IP gồm hai phần: phần mạng và phần host. Tùy thuộc vào lớp mạng,
phần mạng bao gồm một, hoặc hai hoặc ba byte đầu tiên.
Lớp
A
B
Byte 1
Networks (1-126)
Networks (128-
191)
Byte 2
Host (0-255)
Networks (0-255) Host (0-255)
Byte 3
Host (0-255)
Byte 4
Host (0-255)
Host (0-255)
C
Networks (192-
223)
Networks (0-255) Networks (0-255) Host (0-255)
Bảng 1.3
Bit đầu tiên của địa chỉ mạng lớp A là 0,vì vậy byte đầu tiên của địa chỉ lớp A nằm
trong dải từ 00000001 (1) đến 01111110 (126). Ba byte còn lại phục vụ cho việc định
danh các nút trên mạng, cho phép ta kết nối hơn 16 triệu thiết bị vào mạng lớp A. Chú ý
rằng các mạng trong bảng trên không đề cập tới các địa chỉ có byte đầu là 127-đây là
khoảng địa chỉ dự phòng. Địa chỉ 127.0.0.1 là địa chỉ của localhost, và địa chỉ 127.0.0.0 là
địa chỉ loopback.
9
Các địa chỉ IP của các mạng thuộc lớp B luôn luôn có hai bit đầu tiên của byte đầu
là 10, đưa ra khoảng địa chỉ là 10000000 (128) đên 10111111 (191). Byte thứ hai dùng để
định danh mạng có giá trị từ 0 đến 255, hai byte còn lại để định danh các nút trên một
mạng; tổng cộng là 65534 thiết bị.
Các địa chỉ IP của các mạng thuộc lớp C luôn luôn có ba bit đầu tiên của byte đầu
là 110, khoảng giá trị của byte đầu là từ 11000000 (192) đến 11011111 (223). Mạng này
chỉ có một byte được thiết lập để định danh host, vì vậy chỉ có 254 thiết bị được kết nối
vào mạng lớp C.
Các địa chỉ IP riêng
Để tránh cạn kiệt các địa chỉ IP, các host không được kết nối trực tiếp với Internet
có thể sử dụng một địa chỉ trong các khoảng địa chỉ riêng. Các địa chỉ IP riêng không duy
nhất về tổng thể, mà chỉ duy nhất về mặt cục bộ trong phạm vi mạng đó. Tất cả các lớp
mạng dự trữ các khoảng nhất định để sử dụng như là các địa chỉ riêng cho các host
không cần truy cập trực tiếp tới Internet. Các host như vậy vẫn có thể truy cập Internet
thông qua một gateway mà không cần chuyển tiếp các địa chỉ IP riêng.
Lớp
A
Khoảng địa chỉ riêng
10
B
172.16-172.31
C
192.168.0-192.168.255
Bảng 1.4
Các subnet
Việc kết nối hai nút của hai mạng khác nhau cần có một router. Định danh host của
mạng lớp A cần có 24 bit; trong khi mạng lớp C, chỉ có 8 bit. Router phân chia định danh
host thành hai phần một phần được gọi là subnet và phần còn lại là phần host
3.1.2. IPv6
Tiền thân của giao thức IP được phát triển bởi Bộ Quốc Phòng Mỹ năm 1960 và
cho tới năm 1980 họ giao thức TCP/IP mới ra đời. Bởi IP được xây dựng dựa trên các
giao thức mạng DARPA hiện có, nó trở thành phiên bản 4, gọi là IPv4. Lúc đó ý tưởng về
các máy di động chưa được kết nối vào Internet nên số host được hỗ trợ bởi IP là tạm đủ.
Nhưng hiện nay có rất nhiều thiết bị được kết nối vào Internet, nhu cầu về số địa chỉ IP
tăng cao. Một phiên bản mới của địa chỉ IP được phát triển bởi IETF: IPv6. Sự thay đổi
quan trọng nhất so với IPv4 là việc sử dụng 128bit để đánh địa chỉ các nút chứ không
phải là 32bit nữa.
3.1.3. -Số hiệu cổng
Giao thức IP sử dụng các địa chỉ IP để định danh các nút trên mạng, trong khi tầng
giao vận sử dụng các điểm cuối (endpoint) để định danh các ứng dụng. Các giao thức
TCP và UDP sử dụng một số hiệu cổng cùng với một địa chỉ IP để xác định điểm cuối của
một ứng dụng.
Các số hiệu cổng của TCP và UDP được phân thành ba loại
Các số hiệu cổng hệ thống
Các số hiệu cổng người dùng
Các số hiệu cổng riêng và động
Các số hiệu cổng hệ thống nằm trong khoảng từ 0 đến 1023. Các cổng hệ thống
chỉ được sử dụng bởi các tiến trình được quyền ưu tiên của hệ thống. Các giao thức nổi
tiếng có các số hiệu cổng nằm trong khoảng này.
10
Các số hiệu cổng người dùng nằm trong khoảng từ 1024 đến 49151. Các ứng
dụng server của bạn sẽ nhận một trong các số này làm cổng, hoặc bạn có thể đăng ký số
hiệu cổng với IANA .
Các cổng động nằm trong khoảng từ 49152 đến 65535. Khi không cần thiết phải
biết số hiệu cổng trước khi khởi động một ứng dụng, một số hiệu cổng trong khoảng này
sẽ là thích hợp. Các ứng dụng client kết nối tới server có thể sử dụng một cổng như vậy.
Nếu chúng ta sử dụng tiện ích netstat với tùy chọn –a, chúng ta sẽ thấy một danh
sách tất cả các cổng hiện đang được sử dụng, nó cũng chỉ ra trạng thái của liên kết-nó
đang nằm trong trạng thái lắng nghe hay liên kết đã được thiết lập.
Hình 1.5
3.1.4. TCP (Transmission Control Protocol)
Giao thức TCP là giao thức truyền tin hướng liên kết có thể sử dụng truyền tin với
độ tin cậy cao. Trong đó giao thức tầng 4 có thể gửi các xác thực rằng đã nhận dữ liệu
và yêu cầu truyền lại dữ liệu nếu chưa nhận được dữ liệu hoặc dữ liệu bị hỏng.
Các trường header được liệt kê trong bảng sau:
Trường
Độ
dài
2
Mô tả
Số hiệu cổng của nguồn
Cổng nguồn (source
port)
bytes
Cổng đích
2
Số hiệu cổng đích
(destination port)
Số thứ tự (Sequence
Number)
bytes
4
Số thứ tự được tạo ra bởi nguồn và được sử dụng
bytes bởi đích để sắp xếp lại các gói tin để tạo ra thông
điệp ban đầu, và gửi xác thực tới nguồn.
Acknowledge
Number
4
bytes
Data offset
4
Các chi tiết về nơi dữ liệu gói tin bắt đầu
bits
Reserved
Control
6 bit Dự phòng
Window Size
2
Trường này chỉ ra kích thước của vùng đệm nhận.
11
bytes Phía nhận có thể thông báo cho phía gửi kích thước
dữ liệu tối đa mà có thể được gửi đi bằng cách sử
dụng các thông điệp xác thực
Checksum
2
Checksum cho header và dữ liệu để xác định xem
bytes gói tin có bị hỏng không
Trường này thông báo cho phía nhận biết có dữ liệu
bytes khẩn
Urgent Pointer
2
Options
Padding
Bảng 1.5
Giao thức TCP là một giao thức phức tạp và mất thời gian do cơ chế bắt tay,
nhưng giao thức này đảm bảo các gói tin đến đúng đích.
Một số giao thức ứng dụng sử dụng TCP như HTTP, FTP, SMTP, và Telnet. TCP
yêu cầu một liên kết phải được thiết lập trước khi dữ liệu được gửi đi. Ứng dụng server
phải thực hiện một thao tác mở thụ động để tạo một liên kết với một số hiệu cổng cho
trước.
3.1.5. UDP-User Datagram Protocol
Ngược với giao thức TCP, UDP là một giao thức có tốc độ truyền tin nhanh vì nó
chỉ xác định cơ chế tối thiểu để truyền dữ liệu. Tất nhiên điều này có một số nhược điểm.
Các thông điệp có thể được nhận theo bất kỳ thứ tự nào. Thông điệp được gửi đầu tiên
có thể được nhận sau cùng. Không có gì đảm bảo là các gói tin sẽ đến đích, và các thông
điệp có thể bị thất lạc, hoặc thậm chí có thể nhận được hai bản sao của cùng một thông
điệp.
UDP không cần giai đoạn thiết lập liên kết, dữ liệu được gửi đi ngay khi cần. UDP
không gửi các thông điệp xác thực, vì vậy dữ liệu có thể nhận được hoặc bị thất lạc. Nếu
cần truyền dữ liệu có độ tin cậy nó phải được thực hiện trong một giao thức mức cao
hơn.
Vậy đâu là ưu điểm của giao thức UDP, tại sao chúng ta lại cần sử dụng một giao
thức có độ tin cậy thấp như vậy? Để hiểu được lý do tại sao ta lại phải sử dụng giao thức
UDP ta cần phân biệt giữa truyền unicast, broadcast và multicast.
Một thông điệp unicast được gửi từ nút này tới nút khác. Kiểu truyền tin là truyền
tin điểm-điểm. Giao thức TCP chỉ hỗ trợ truyền tin unicast. Nếu một server muốn truyền
tin với nhiều client bằng cách sử dụng giao thức UDP, mỗi client phải thiết lập một liên
kết, vì các thông điệp chỉ có thể gửi tới một nút. Truyền tin broadcast nghĩa là một thông
điệp có thể được gửi tới tất cả các nút trong một mạng. Multicast cho phép các thông điệp
được truyền tới một nhóm các nút được lựa chọn.
UDP có thể được sử dụng cho truyền tin unicast nếu cần tới tốc độ truyền tin
nhanh, như truyền tin đa phương tiện, nhưng ưu điểm chính của UDP là truyền tin
broadcast và truyền tin multicast. Thông thường chúng ta không muốn tất cả các nút gửi
về các xác thực cho server vì như vậy sẽ làm cho server quá tải.
Header UDP ngắn và đơn giản hơn rất nhiều so với TCP
Trường thông tin
Độ dài Mô tả
Source
nguồn)
port
(Cổng 2 byte
Xác định cổng nguồn là một tùy chọn với
UDP. Nếu trường này được sử dụng, phía
nhận thông điệp có thể gửi một phúc đáp tới
cổng này
Destination Port
Length
2 byte
2 byte
Số hiệu cổng đích
Chiều dài của thông điệp bao gồm header và
12
dữ liệu
Checksum
2 byte
Để kiểm tra tính đúng đắn
Bảng 1.5
3.1.6. ICMP-Internet Control Message Protocol
ICMP là một giao thức được phát triển từ giao thức IP, điểm khác biệt của ICMP so
với giao thức IP là các thông tin phản hồi về trạng thái của hệ thống được ICMP phản hồi
bởi các thông điệp.
Các lỗi được phát hiện có thể được thông báo bằng các thông điệp ICMP. Các
thông điệp ICMP được sử dụng để gửi các thông tin phản hồi về tình trạng của mạng. Ví
dụ, một router gửi thông điệp ICMP “destination unreachable” nếu không tìm thấy một
điểm vào cho mạng trong bảng định tuyến. Một router cũng có thể gửi thông điệp ICMP
“redirect” nếu tìm thấy đường đi tốt hơn.
ICMP không có trên giao thức IP mà được gửi đi trong các header IP.
Trường thông tin
Type
Độ
dài
Mô tả
1 byte Trường này xác định kiểu thông điệp ICMP. Ví dụ,
type có giá trị 3 nghĩa là không đến được đích, 11
nghĩa là quá thời gian, và 12 nghĩa là các tham số
header không đúng
Code
1 byte Code cung cấp thông tin về kiểu thông điệp. Nếu kiểu
type là 3, “destination unreachable”, thì code xác định
là mạng (0), host (1), hay protocol (2), hoặc port (3)
là không thể đến được
Checksum
2 byte Checksum của thông điệp ICMP
4 byte Bốn byte cuối cùng của header ICMP có thể cung cấp
thông tin bổ trợ tùy thuộc vào kiểu thông điệp
…
Header IP thông thường
Bảng 1.6
Một số kiểu có thể được gửi bằng cách sử dụng các thông điệp ICMP:
o Echo, Echo Reply
o Lệnh ping gửi lệnh ICMP tới thiết bị đích, xem thiết bị hoạt động tốt hay
không và có kết quả trả lời lại.
o Destination unreachable (Không đến được đích), Redirect
Một router trả về thông điệp ICMP “destination unreachable” nếu không
thể liên lạc được với thiết bị đích, hoặc “redirect” (định hướng lại) nếu
tìm thấy một đường đi tốt hơn tới đích.
o TTL (Time To Live):Vượt quá thời gian cho phép
Lệnh Ping
Tiện ích dòng lệnh ping gửi một thông điệp ICMP tới thiết bị đích được xác định bởi
hostname và địa chỉ IP trong lệnh ping. Nếu thiết bị là đến được thì ICMP Echo Reply
được gửi trở lại.
Lệnh này rất hữu ích khi muốn kiểm tra xem có liên lạc được với thiết bị hay không,
hay là có các vấn đề lỗi trung gian
13
Hình 1.6
3.1.7. IGMP-Internet Group Management Protocol
Tương tự với ICMP, IGMP là sự mở rộng của giao thức IP và phải được cài đặt
trong module IP. IGMP được sử dụng bởi các ứng dụng multicast. Khi gửi các thông điệp
broadcast tới một LAN, mỗi nút trong LAN phân tích thông điệp và gửi lên cho tầng giao
vận để kiểm tra xem có ứng dụng nào muốn nhận các thông điệp từ cổng broadcast. Nếu
không ứng dụng nào lắng nghe, thông điệp bị phá hủy và không vượt qua được tầng giao
vận. Điều này nghĩa là mỗi host cần một số chu kỳ của CPU cho dù thông điệp broadcast
có cần hay không.
Multicast giải quyết vấn đề này, bằng cách gửi các thông điệp tới một nhóm các nút
chứ không phải là tất cả các nút trong LAN. Thiết bị giao tiếp mạng có thể phát hiện xem
hệ thống có cần quan tâm đến thông điệp hay không bằng cách phân tích địa chỉ
broadcast mà không cần sự trợ giúp của CPU.
3.2. Các giao thức Internet
3.2.1. Giao thức truyền tệp tin –FTP (File Transfer Protocol)
FTP được sử dụng để tải các tệp lên server, và tải về các tệp từ server. Nó là một
giao thức mức ứng dụng, dựa trên nền tảng của giao thức TCP. Ứng dụng client cung
cấp một giao diện người dùng và tạo ra một yêu cầu FTP tương ứng với yêu cầu của
người dùng cùng với đặc tả của FTP. Lệnh FTP được gửi tới ứng dụng server thông qua
giao thức TCP/IP, trình thông dịch trên FTP phải thông dịch lệnh FTP tương ứng. Tùy
thuộc vào lệnh FTP, một danh sách các tệp hoặc một tệp từ hệ thống tệp của server
được trả về cho client trong đáp ứng của FTP.
Giao thức FTP có các đặc trưng sau:
Truyền dữ liệu với độ tin cậy cao thông qua giao thức TCP
Cho phép truy xuất vô danh hoặc xác thực người dùng với username và password
Các tệp tin được truyền đi dưới dạng mã ASCII hoặc dữ liệu nhị phân
Các lệnh FTP có thể được nhóm thành các loại sau:
Các lệnh điều khiển việc truy xuất
Các lệnh điều khiển việc truy nhập xác định tên người dùng và mật khẩu, các chế
độ thiết lập có thể được thiết lập lại (REIN), và liên kết có thể được kết thúc (QUIT).
Các lệnh truyền tham số
Truyền FTP có thể được cấu hình với các lệnh tham số truyền. Thay đổi việc truyền
dữ liệu từ ASCII thành nhị phân, nén dữ liệu, thay đổi các cổng để gửi dữ liệu được hỗ
trợ bởi các lệnh này.
Các lệnh dịch vụ FTP
14
Tải về để xem bản đầy đủ
214 trang
22920
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Lập trình mạng với ngôn ngữ Java", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_lap_trinh_mang_voi_ngon_ngu_java.pdf
