TCP/IP là gì? Chức năng, kiến thức về giao thức mạng TCP/IP

Hiện nay Internet là một trong những mắt xích quan trọng không thể thay thế trong phương thức kết nối toàn cầu. Tuy nhiên không phải ai cũng hiểu rõ về cách thức hoạt động của phương thức dẫn truyền chính trong Internet là TCP/IP.

Vậy TCP/ IP là gì? Nó có mô hình hoạt động ra sao? Chức năng của mỗi tầng trong mô hình TCP/IP là gì? MC&TT mời các bạn đọc cùng tìm hiểu thông tin về mô hình TCP/IP trong bài viết này nhé.

1. TCP/IP là gì? Cấu trúc của mô hình TCP/IP

Để hiểu rõ về cách vận hành của TCP/IP, các bạn cần nắm rõ khái niệm về TCP/IP cũng như mô hình của loại giao thức này. 

1.1. Khái niệm của mô hình TCP/IP

TCP/IP là viết tắt của Transmission Control Protocol/Internet Protocol/ Internet Protocol, nghĩa là Giao thức điều khiển truyền nhận/ Giao thức liên mạng là một bộ các giao thức truyền thông được dùng để kết nối các thiết bị mạng với nhau trên Internet.

Giao thức TCP/IP cũng có thể được coi là một trong những giao thức truyền thông trong mạng nội bộ (hoặc mạng máy tính riêng)

1.2. Cấu trúc của mô hình TCP/IP

TCP/IP là một bộ giao thức Internet, hay một tập hợp các quy tắc và thủ tục, trong đó bao gồm 2 bộ giao thức chính là TCP và IP, bên cạnh những giao thức khác. Mô hình TCP/IP hoạt động như một lớp trừu tượng giữa các ứng dụng qua Internet và hạ tầng router/switch. Bộ giao thức TCP/IP sẽ chỉ định cách các dữ liệu được trao đổi qua Internet. 

Có thể nhận định mô hình TCP/IP là một dạng khác so với mô hình OSI mạng bảy lớp (Open Systems Interconnection - OSI) hay còn được gọi với tên khác là mô hình tham chiếu hệ thống mở. Mô hình OSI được ra mắt sau TCP/IP, có chức năng xác định cách các ứng dụng có thể giao tiếp qua mạng.

2. Lịch sử hình thành và phát triển của mô hình TCP/IP

Mô hình TCP/IP bắt nguồn từ Internet Protocol Suite mà DARPA đã làm việc vào đầu những năm 1970. Năm 1975, kết nối giữa hai mô hình TCP và IP đã được thử nghiệm và đạt được thành công ngoài mong đợi. Thành công nối tiếp, cũng như nhiều cuộc thử nghiệm khác với kết quả ngoài mong đợi.

Sau nhiều năm thực hiện nghiên cứu và phát triển bởi hai kỹ sư Robert E. Kahn và Vinton Cerf, với sự hỗ trợ của nhiều nhóm nghiên cứu. Đầu năm 1978, nhóm nghiên cứu đã phát hành một giao thức TCP/IP ổn định, giao thức chuẩn hiện đang được Internet sử dụng, mô hình TCP/IP Phiên bản 4.

Năm 1982, Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ phê duyệt giao thức TCP/IP được coi là tiêu chuẩn cho toàn bộ mạng thông tin của đất nước.

3. Cách thức hoạt động của mô hình TCP/IP

Bộ giao thức TCP/IP được thực hiện bằng cách cung cấp thông tin liên lạc đầu cuối. Từ đó sẽ xác định cách các dữ liệu được trao đổi qua Internet.

Cụ thể, mô hình này sẽ thực hiện trao đổi dữ liệu bằng cách cung cấp thông tin liên lạc đầu cuối. Từ đó, xác định cách các dữ liệu được chia thành các packet, có địa chỉ xác định, cách truyền dẫn, định tuyến và phương thức nhận dữ liệu. 

Ngoài ra, TCP/IP cũng được thiết kế để đảm bảo độ tin cậy, nó có khả năng khôi phục tự động khi gặp sự cố trong quá trình truyền dữ liệu.

Về bản chất bộ giao thức TCP/IP sẽ sử dụng mô hình giao tiếp giữa máy khách (client) và máy chủ (server). Trong đó, các máy chủ (server) trong hệ thống mạng sẽ có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ (ví dụ như gửi trang web) cho người dùng (client).

TCP/IP là sự kết hợp của hai giao thức.

• IP (Internet Protocol) chịu trách nhiệm gửi các gói dữ liệu đến đích đã định. Quá trình của IP là thêm hướng cho các gói dữ liệu để chúng đến được đích đã chỉ định.
• Giao thức TCP (Transmission Control Protocol) chịu trách nhiệm truyền vận, kiểm tra và đảm bảo sự an toàn cho mỗi gói tin khi đi qua các trạm. Giao thức TCP sẽ chịu trách nhiệm phát hiện các gói tin bị lỗi trong quá trình truyền vận. Sau đó giao thức này sẽ phát một tín hiệu, yêu cầu hệ thống máy chủ gửi lại một gói tin khác. 

Hoạt động cụ thể của TCP sẽ được thực hiện bằng quá trình vận hành cụ thể của các tầng trong mô hình TCP/IP. 

4. Chức năng của các tầng trong mô hình TCP/IP

Một mô hình TCP/IP tiêu chuẩn thường sẽ bao gồm 4 tầng với 4 chức năng khác nhau xếp thành hình tháp chồng lên nhau. Tầng thấp nhất sẽ bắt đầu từ Tầng vật lý (Physical), sau đó đến Tầng mạng (Network), Tầng giao vận (Transport) và cuối cùng là Tầng ứng dụng (Application).

4.1. Tầng 1 - Tầng Vật lý (Physical) 

Tầng Physical là sự kết hợp giữa các phương thức vật lý và các dữ liệu trong mô hình OSI. Tầng vật lý này đảm nhiệm việc truyền tải các dữ liệu giữa những thiết bị khác nhau trong cùng 1 hệ thống mạng Internet. Khác so với những tầng tiếp theo, ở tầng Physical, các dữ liệu sẽ được đóng gói vào một khung (còn gọi là Frame) trước khi được định tuyến và gửi tới địa chỉ đích đã được chỉ định sẵn.

4.2. Tầng 2 - Tầng mạng (Internet) 

Đây là tầng có chức năng truyền tải những dữ liệu theo cách hợp lý và logic. Những phân đoạn dữ liệu sẽ được tầng này đóng gói với kích thước phù hợp, sau khi đóng gói, các phân đoạn dữ liệu được chèn thêm một header có chứa thông tin ở tầng mạng rồi mới chuyển đến tầng tiếp theo. 

Các giao thức chính được thiết kế trong tầng mạng sẽ bao gồm: Internet Protocol (IP), Internet Control Message Protocol (ICMP), Internet Group Message Protocol (IGMP).

4.3. Tầng 3 - Tầng Giao vận (Transport) 

Chức năng của tầng giao vận trong mô hình TCP/IP là xử lý những vấn đề diễn ra trong giao tiếp giữa các máy chủ trong cùng một mạng hoặc khác hệ thống mạng nhưng được kết nối cùng một bộ định tuyến.

Tại tầng thứ 3, các dữ liệu sẽ tiếp tục được phân đoạn, mỗi phân đoạn này tuy không bằng nhau nhưng kích thước phải nhỏ hơn 64KB. Sau khi đã phân đoạn dữ liệu, cấu trúc đầy đủ của segment là những header có chứa thông tin điều kiện và tiếp đến là dữ liệu.

Tầng Giao vận được thiết kế với 2 giao thức chính là TCP và UDP. Trong đó, TCP sẽ đảm bảo chất lượng tốt nhất cho gói tin, nhưng sẽ phải mất thời gian khá lâu để các giao thức có thể kiểm tra đầy đủ toàn bộ thông tin từ thứ tự cho đến kiểm soát các khả năng, tình trạng tắc nghẽn lưu lượng dữ liệu.

Còn giao thức UDP, tuy cũng đảm nhận kiểm tra chất lượng gói tin nhưng tốc độ truyền nhanh hơn và không đảm bảo chất lượng dữ liệu trước khi được gửi đi.

4.4. Tầng 4 - Tầng Ứng dụng (Application) 

Là tầng trên cùng của mô hình TCP/IP. Đúng với tên gọi tầng ứng dụng, chức năng của tầng 4 là giao tiếp, truyền các dữ liệu giữa hai máy khác nhau thông qua những dịch vụ mạng khác nhau (ví dụ như: duyệt web, gửi email, chat, giao thức trao đổi dữ liệu SMTP, SSH, FTP,...). Khi dữ liệu được chuyển đến tầng này, nó sẽ được định dạng theo kiểu Byte nối Byte, cùng với đó là những thông tin định tuyến giúp xác định đường đi đúng của một gói tin.

Ngoài ra, tầng Ứng dụng cũng cho phép hình thành các hoạt động trao đổi dữ liệu chuẩn hóa, giao tiếp dữ liệu giữa hai máy khác nhau thông qua các dịch vụ khác nhau. Các dữ liệu đến tầng này là loại dữ liệu ứng dụng được trong thực tế. 

Tầng 4 thường bao gồm các giao thức trao đổi dữ liệu hỗ trợ truyền tập tin như: HTTP, POP3 (Post Office Protocol 3), FTP, SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), SNMP (Simple Network Management Protocol).

5. Ưu điểm và nhược điểm của TCP/IP là gì?

Tuy là một loại mô hình được ứng dụng nhiều trong các hệ thống mạng bởi các ưu điểm, tuy nhiên mô hình TCP/IP này cũng sở hữu có 1 số nhược điểm. Dưới đây là các ưu điểm và hạn chế của TCP/IP:

5.1. Ưu điểm

TCP/IP thường không thuộc quyền sở hữu trí tuệ hay nằm dưới sự kiểm soát của bất cứ bên nào, do vậy bộ giao thức mạng này có thể dễ dàng sửa đổi. Và có thể tương thích với hầu hết tất cả các hệ điều hành, vì vậy có thể giao tiếp với nhiều máy chủ trong hệ thống khác hoặc tương thích với nhiều loại phần cứng máy tính và hệ thống mạng. 

Ngoài ra, TCP/IP cũng sở hữu một số ưu điểm khác như:

• TCP/IP hoạt động độc lập với các hệ điều hành, vì vậy nếu Win của máy bị lỗi sẽ không ảnh hưởng đến giao thức mạng này. 
• Có khả năng giúp hệ thống mở rộng việc kết nối giữa máy client và máy server. 
• Không gây ảnh hưởng tới hệ thống internet hay gây áp lực trên máy tính nhờ giao thức này có dung lượng nhẹ.

5.2. Nhược điểm

Giao thức mạng TCP/IP không phải là một mô hình hoàn hảo và vẫn có nhiều khiếm khuyết, tuy nhiên vẫn có thể khắc phục khi sử dụng:

• Việc cài đặt giao thức này đòi hỏi chuyên môn bởi khá phức tạp đối với vời dùng mới. TCP/IP khó để quản lý vì vậy cần tiếp cận dần trước khi sử dụng thực tế.
• Tầng Giao Vận (Transport) không đảm bảo có thể phân phối các gói tin một cách thường xuyên. 
• Khi muốn thay thế giao thức TCP/IP, khá khó để chuyển đổi sang một giao thức khác.
• Không tách biệt một cách rõ ràng những khái niệm liên quan đến dịch vụ, giao diện và giao thức.TCP/IP không hiệu quả để giao tiếp với các công nghệ mới trong mạng mới.
•  TCP/IP có thể bị tấn công SYN. Đây là một kiểu tấn công từ chối dịch vụ.

6. Các loại giao thức TCP/IP phổ biến

Hiện nay, TCP/IP được chia thành 3 loại giao thức phổ biến là: HTTP, HTTPs, FTP.

6.1. HTTP (Hyber Text Transfer Protocol)

Giao thức truyền tải siêu văn bản (HTTP) đây là giao thức được sử dụng giữa 1 web client và 1 web Internet để truyền thông tin dữ liệu không an toàn. Một trình duyệt Internet trên máy tính để gửi yêu cầu cho 1 web server để xem 1 trang web. Máy chủ web khi nhận được yêu cầu đó và gửi thông tin trang web 

6.2. HTTPs (Hypertext Transfer Protocol Security)

Là một loại giao thức được dùng với 1 web client và 1 web server để truyền tải thông tin dữ liệu một cách an toàn. Giao thức này được dùng để truyền dữ liệu giao dịch thẻ tín dụng hoặc các dữ liệu cá nhân khác từ 1 web client (ví dụ như trình duyệt internet trên máy tính) đến 1 web server khác.

6.3. FTP (File Transfer Protocol)

Giao thức truyền tập tin FTP là một loại giao thức dùng giữa 2 hoặc nhiều máy tính với nhau. Khi một máy tính gửi dữ liệu đến hoặc nhận thông tin dữ liệu từ máy tính khác một cách trực tiếp.

Tổng kết

Với những ưu điểm và chức năng mà TCP/IP đang sở hữu, có thể khẳng định đây là giao thức khó có thể thay thế với các hệ thống mạng Internet hiện nay.

Qua bài viết trên, chúng tôi hi vọng bạn đã có thêm được những kiến thức hữu ích để giải đáp câu hỏi TCP/ IP là gì? Và có thể giúp bạn tìm được cách thức khai thác tối đa chức năng của giao thức kết nối mạng phổ biến nhất hiện nay!