TCP/IP là gì? Cấu trúc và chức năng các tầng trong mô hình TCP/IP

Ngày nay, internet đã trở thành phương tiện kết nối toàn cầu. Để internet hoạt động, cần có các phương thức truyền dẫn và TCP/IP là một trong những phương thức phổ biến hiện nay. Bài viết này sẽ khái quát TCP/IP là gì, mô hình của TCP/IP ra sao, đồng thời so sánh giao thức TCP/IP với OSI.

Mô hình TCP/IP là gì?

TCP/IP viết tắt của từ Transmission Control Protocol/Internet Protocol – Giao thức điều khiển truyền nhận/ Giao thức liên mạng. Đây là bộ các giao thức truyền thông được dùng để kết nối các thiết bị mạng trên internet với nhau. TCP/IP cũng có thể được dùng như một giao thức truyền thông trong mạng máy tính nội bộ.

Trong đó, bộ Giao thức internet – một tập hợp các quy tắc và thủ tục – thường gọi là TCP/IP. TCP và IP là hai giao thức chính bên cạnh những giao thức khác trong bộ. Bộ giao thức TCP/IP hoạt động như một lớp trừu tượng giữa các ứng dụng internet và hạ tầng router/switch.

TCP/IP chỉ định cách thức dữ liệu được trao đổi với nhau qua internet, bằng cách cung cấp thông tin liên lạc đầu cuối. Qua đó xác định phương thức nó được chia thành các packet, tiếp đến là xác định địa chỉ, tiến hành truyền dẫn, định tuyến và nhận dữ liệu. TCP/IP 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 và chia sẻ tài nguyên.

Ngoài ra, bạn có thể tham khảo về thiết bị mạng qua các bài viết sau:

Sự phát triển và hình thành của mô hình TCP/IP

Mô hình TCP/IP được bắt nguồn từ Bộ giao thức liên mạng trong công trình DARPA từ những năm đầu thập niên kỷ 1970. Năm 1975, thử nghiệm nối giữa hai mô hình TCP và IP được diễn ra thành công ngoài mong đợi. Thành công nối tiếp, nhiều cuộc thử nghiệm khác đã diễn ra với hiệu quả bất ngờ

Trải qua vô số năm nghiên cứu và phát triển của 2 kỹ sư Robert E. Kahn và Vinton Cerf cùng sự hỗ trợ của không ít các nhóm nghiên cứu. Đầu năm 1978, nhóm nghiên cứu đã cho ra đời giao thức TCP/ IP được ổn định hóa với giao thức tiêu chuẩn được dùng hiện nay của Internet đó là mô hình TCP/IP Version 4. Năm 1982, Bộ quốc phòng Mỹ đã chấp nhận giao thức này và TCP/IP được xem là một tiêu chuẩn cho toàn bộ mạng lưới thông tin của quốc gia này.

Cách thức hoạt động của giao thức TCP/IP là gì?

Bộ giao thức TCP/IP áp dụng mô hình giao tiếp client-server, trong đó máy khách (client) nhận các dịch vụ (như truy cập trang web) từ một máy chủ (server) trong mạng. TCP/IP là sự kết hợp của hai giao thức như tên gọi. Trong đó, IP (Giao thức Liên mạng) chịu trách nhiệm chuyển các gói tin đến địa chỉ đích đã được xác định. Quy trình hoạt động của IP là thêm các thông tin chỉ đường vào các gói tin để chúng đến được đích quy định.

Giao thức TCP (Giao thức Truyền vận) có vai trò kiểm tra và đảm bảo an toàn cho từng gói tin khi chúng đi qua mỗi trạm. Khi giao thức TCP nhận thấy gói tin bị lỗi trong quá trình truyền vận, một tín hiệu sẽ được phát ra và yêu cầu hệ thống máy chủ gửi lại một gói tin khác. Quá trình hoạt động này sẽ được làm rõ hơn ở chức năng của mỗi tầng trong mô hình TCP/IP trong phần dưới đây. Tóm lại, mô hình TCP/IP có một số điểm khác biệt so với mô hình mạng bảy lớp của Mô hình tham chiếu hệ thống mở (OSI). Mô hình OSI, được phát triển sau, xác định cách thức các ứng dụng có thể giao tiếp qua mạng.

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

Vai trò của TCP và IP là gì?

Trong hai giao thức chính của bộ Giao thức internet, mỗi giao thức đảm nhiệm các chức năng cụ thể. TCP xác định cách các ứng dụng có thể tạo ra các kênh truyền dẫn thông qua mạng. Đồng thời, TCP quản lý cách một tin nhắn được chia thành các packet nhỏ hơn trước khi truyền qua internet. Sau đó là cách chúng tập hợp lại theo đúng thứ tự ở nơi nhận. Đối với IP, giao thức IP đảm bảo các gói được đi đến đúng địa chỉ đích. Mỗi gateway trên mạng sẽ kiểm tra địa chỉ IP này để xác định nơi chuyển tiếp.

Các giao thức phổ biến của giao thức TCP/IP gồm:

• HTTP (Hyper Text Transfer Protocol): Xử lý giao tiếp giữa máy chủ web và trình duyệt web.
• HTTPS (Secure HTTP): Xử lý giao tiếp bảo mật giữa máy chủ web và trình duyệt web.
• FTP (File Transfer Protocol – Giao thức truyền tệp): Xử lý việc truyền tải file giữa các máy tính.

Các giao thức TCP/IP phổ biến

HTTP, HTTPS, FTP được coi là 3 giao thức TCP/IP được sử dụng phổ biến nhất hiện nay.

• Giao thức HTTP: Mục đích sử dụng HTTP để truyền dữ liệu không an toàn giữa một web client và một web server. Bạn có thể hiểu đơn giản rằng, một web client (trình duyệt Internet trên máy tính) sẽ gửi một yêu cầu đến một web server để xem một trang web. Sau khi tiếp nhận yêu cầu, máy chủ web xử lý và gửi thông tin trang web về cho web client.
• Giao thức HTTPS: HTTPS là giao thức được sử dụng để truyền thông tin dữ liệu bảo mật bởi 1 web client và 1 web server. Giao thức này được dùng để gửi dữ liệu giao dịch thẻ tín dụng hoặc các dữ liệu cá nhân khác từ một web client tới một web server.
• FTP: FTP là giao thức trao đổi file dùng giữa hai hoặc nhiều máy tính với qua Internet. Nhờ FTP, dù đang ở xa, người dùng vẫn có thể truy cập vào máy chủ để truyền hoặc nhận dữ liệu

Chức năng các tầng trong mô hình TCP/IP

Mô hình TCP/IP tiêu chuẩn được chia thành 4 tầng (Layer) chồng lên nhau bao gồm: Tầng vật lý (Physical) → Tầng mạng (Network) → Tầng giao vận (Transport) và cuối cùng là Tầng ứng dụng (Application). Mỗi tầng đều có giao thức cụ thể khác nhau.

Tầng 4 – Tầng Ứng Dụng (Application)

• Cung cấp cho các ứng dụng những trao đổi dữ liệu chuẩn hóa, giao tiếp dữ liệu giữa 2 máy khác nhau thông qua các dịch vụ mạng khác nhau.
• Bao gồm các giao thức trao đổi dữ liệu hỗ trợ truyền tập tin: HTTP, FTP, Post Office Protocol 3 (POP3), Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) và Simple Network Management Protocol (SNMP).
• Dữ liệu trong tầng này là dữ liệu ứng dụng thực tế.

Tầng 3 – Tầng Giao Vận (Transport)

• Đảm bảo duy trì thông tin liên lạc từ đầu đến cuối trên toàn mạng là trách nhiệm của TCP. Giao thức này xử lý việc liên lạc giữa các máy chủ và cung cấp các tính năng kiểm soát luồng, ghép kênh và đảm bảo độ tin cậy.
• Trong tầng này bao gồm 2 giao thức cốt lõi là TCP và UDP. TCP giúp đảm bảo chất lượng gói tin và UDP giúp tốc độ truyền tải nhanh hơn.

Tầng 2 – Tầng Mạng (Internet)

• Tầng này có nhiệm vụ xử lý các gói tin mạng và kết nối các mạng độc lập, giúp vận chuyển các gói tin qua mạng.
• Giao thức: IP và ICMP (Internet Control Message Protocol) dùng để báo lỗi.

Tầng 1 – Tầng Vật Lý (Physical)

• Còn được gọi là Tầng Liên kết (Link Layer), tầng này bao gồm các giao thức hoạt động trên một liên kết duy nhất – thành phần mạng kết nối các nút hoặc máy chủ trong mạng, chịu trách nhiệm truyền dữ liệu giữa hai thiết bị trong cùng một mạng.
• Các giao thức truyền dữ liệu: Ethernet (cho mạng LAN) và ARP.

Ứng dụng của TCP/IP protocol

TCP/IP protocol có thể được sử dụng để cung cấp thông tin đăng nhập từ xa qua mạng, truyền file tương tác, gửi email, phân phối trang web qua mạng và truy cập từ xa vào hệ thống của máy chủ lưu trữ.

Nói cách khác, TCP/IP được sử dụng để biểu thị thông tin thay đổi khi nó truyền qua mạng. Từ lớp vật lý cụ thể đến lớp ứng dụng trừu tượng. TCP/IP trình bày chi tiết các giao thức cơ bản hoặc các phương thức giao tiếp ở mỗi lớp khi thông tin đi qua. Ta có thể xem lưu lượng TCP giữa hai địa chỉ IP thông qua tiện ích filter của Wireshark.

So sánh mô hình TCP/IP và OSI

TCP/IP và OSI là hai giao thức mạng truyền thông phổ biến nhất hiện nay. TCP/IP dùng để thiết lập các liên kết và giao tiếp trong mạng. Mặt khác, OSI là một mô hình khái niệm, không được sử dụng thực tế. OSI xác định cách thức các ứng dụng giao tiếp qua mạng. Trước tiên, hãy tìm hiểu sơ qua về cấu trúc của mô hình OSI.

Bảy tầng (lớp) của mô hình OSI

• Layer 7 – Application: Cho phép người dùng tương tác với các ứng dụng hoặc mạng.
• Layer 6 – Presentation: Dịch, định dạng dữ liệu cho lớp ứng dụng dựa trên ngữ nghĩa hoặc cú pháp mà ứng dụng chấp nhận.
• Layer 5 – Session: Kiểm soát hội thoại giữa các máy tính.
• Layer 4 – Transport: Xử lý việc truyền dữ liệu qua mạng, cung cấp cơ chế kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng dữ liệu.
• Layer 3 – Network: Di chuyển dữ liệu vào và qua các mạng khác.
• Layer 2 – Link: Xử lý các vấn đề xảy ra do lỗi truyền bit.
• Layer 1 – Physical: Vận chuyển dữ liệu bằng những giao diện điện, cơ học hoặc các thủ tục.

Điểm giống nhau giữa OSI và TCP/IP là gì?

• Đều là các mô hình logic.
• Xác định tiêu chuẩn network.
• Chia quá trình giao tiếp network thành các layer.
• Cung cấp khuôn khổ để tạo và triển khai các tiêu chuẩn và thiết bị mạng.
• Cho phép một nhà sản xuất tạo ra những thiết bị, thành phần mạng có thể cùng tồn tại và hoạt động với các thiết bị, thành phần thuộc nhà sản xuất khác.

TCP/IP và OSI khác nhau như thế nào?

Một số yếu tố khác nhau giữa mô hình TCP/IP và OSI:

• TCP/IP chỉ sử dụng một tầng ứng dụng để xác định chức năng của các tầng trên, trong khi OSI sử dụng ba tầng (ứng dụng, trình bày và phiên) (Application, presentation và session).

• TCP/IP sử dụng Link Layer để xác định chức năng của tầng dưới cùng. Đối với OSI, nó sử dụng hai tầng: Physical và Data Link.
• OSI sử dụng lớp Network để định nghĩa các tiêu chuẩn và giao thức định tuyến, trong khi chức năng này được quản lý bởi tầng Internet của TCP/IP.
• Mô hình TCP/IP là một giao thức có hướng tiêu chuẩn, trong khi đó, OSI là một mô hình chung dựa trên chức năng của mỗi lớp.
• Cách tiếp cận của TCP/IP là tiếp cận ngang, trong khi của OSI là dọc.
• Trong bộ TCP/IP, các giao thức được phát triển trước mô hình. Quá trình này ngược lại so với OSI.
• TCP/IP giúp thiết lập kết nối giữa các loại máy tính với nhau. Mặt khác, OSI giúp chuẩn hóa các router, switch, bo mạch chủ và các phần cứng khác.

Tóm lại, mỗi mô hình đều có cách vận hành cũng như chức năng khác nhau. Tuy nhiên, có thể thấy TCP/IP là một mô hình thực tế hơn khi nó thiết lập các tiêu chuẩn mà Internet được tạo ra dựa trên. Trái lại, OSI cung cấp hướng dẫn về cách thức giao tiếp cần được thực hiện.

Lời kết

Hy vọng bài viết trên sẽ giúp bạn hiểu hơn về bộ giao thức TCP/IP và định nghĩa TCP/IP là gì. Nếu có thắc mắc hay đóng góp ý kiến, mời bạn để lại bình luận phía dưới bài viết này, tôi sẽ giải đáp nhanh nhất!