Gói tin IP

Posted on by TaiLieuMarketing
Trong mạng máy tính khổng lồ có tên gọi Internet, các thiết bị điện toán gửi nhiều loại tin nhắn khác nhau đến các thiết bị điện toán khác. Tin nhắn đó có thể chỉ là một gói công cụ kiểm tra kết nối (ping) để kiểm tra xem thiết bị khác có đang kết nối mạng hay không và cũng có thể là cả một trang web.
Tuy nhiên, vẫn có giới hạn với kích thước của một tin nhắn. Lí do là bởi lượng dữ liệu có thể truyền tải vào một thời điểm qua kết nối mạng vật lý giữa các thiết bị cũng có giới hạn.
Chính vì vậy, nhiều giao thức mạng phân chia mỗi tin nhắn thành các gói tin nhỏ hơn. Giao thức Internet (Internet Protocol, IP) mô tả cấu trúc của các gói tin di chuyển trên khắp Internet.
Mỗi gói tin IP chứa tiêu đề (dài 20 hoặc 24 byte) và dữ liệu (độ dài phụ thuộc vào nội dung). Tiêu đề bao gồm địa chỉ IP của máy nguồn và máy đích cùng một số trường khác giúp định tuyến gói tin. Dữ liệu là nội dung cần gửi, như một chuỗi ký tự hoặc một phần của trang web.

Minh họa một gói tin IP. Tiêu đề dài 24 byte và bao gồm 15 trường, trong đó 4 byte cho địa chỉ IP nguồn và 4 byte cho địa chỉ IP đích. Phần dữ liệu có độ dài phụ thuộc vào nội dung.

Bạn có thể tưởng tượng về các gói tin IP như những lá thư gửi qua bưu điện: phần tiêu đề là phong bì chứa tất cả thông tin định tuyến cần thiết mà bưu điện yêu cầu, phần dữ liệu là bức thư chỉ dành cho người nhận.

Một gói tin IP được minh họa bằng lá thư. Phong bì được ghi chú "Địa chỉ IP nguồn" là địa chỉ trả lại và "Địa chỉ IP đích" là địa chỉ gửi thư. Một phong bì khác được vẽ ở trạng thái mở, lá thư có dòng chữ "Dữ liệu" nhô ra ngoài.

Giống như hệ thống bưu chính có thể định tuyến dựa trên thông tin được cung cấp để gửi các bức thư đi khắp thế giới, Giao thức Internet cũng có cách thức định tuyến để gửi các gói tin IP đi khắp Internet.

Giao thức định tuyến trên Internet

Giao thức Internet (Internet Protocol, IP) là một tập hợp các quy tắc quy định cụ thể cách định tuyến thông tin từ máy tính này sang máy tính kia trong mạng. Mỗi tin nhắn được chia thành từng gói tin, mỗi gói tin này sẽ di chuyển từ bộ định tuyến (router) này đến bộ định tuyến kia trên đường đến máy đích.
Minh họa một máy tính xách tay đang cần gửi gói tin đến máy chủ. Mạng giữa máy tính xách tay và máy chủ gồm 9 bộ định tuyến với nhiều đường truyền khả thi. Trong đó, có một đường truyền được tô màu xanh đi từ máy tính xách tay, qua các bộ định tuyến đến máy chủ.
Trong bài đọc này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu quy trình gửi một gói tin từ máy nguồn đến máy đích.

Bước 1: Gửi gói tin đến bộ định tuyến

Máy tính sẽ gửi gói tin đầu tiên đến bộ định tuyến gần nhất. Bộ định tuyến là một thiết bị dùng trong mạng máy tính và có chức năng chuyển tiếp các gói tin.
Hình minh họa bao gồm máy tính xách tay nằm bên trái và bộ định tuyến nằm bên phải. Mũi tên hướng từ máy tính xách tay tới bộ định tuyến và được ghi chú nội dung "TO: 91.198.174.192" và "FROM: 216.3.192.1" ("ĐẾN: 91.198.174.192" và "TỪ: 216.3.192.1).
Ngay lúc này, phần lớn các bạn đều sẽ có thể tìm thấy bộ định tuyến ở nhà hoặc trong lớp học. Đây là điểm dừng đầu tiên của những gói tin xuất phát từ máy tính mà bạn đang dùng.

Bước 2: Bộ định tuyến tiếp nhận gói tin

Khi bộ định tuyến nhận được một gói tin, nó sẽ xem xét phần tiêu đề IP. Trường quan trọng nhất trong tiêu đề là địa chỉ IP đích, cho biết đích đến cuối cùng của gói tin đó.
Tiêu đề IP
Trường thông tin Nội dung
Địa chỉ IP nguồn 216.3.192.1
Địa chỉ IP đích 91.198.174.192
Phiên bản 4
Số bộ định tuyến còn lại 64
… và khoảng hơn 10 trường thông tin khác!

Bước 3: Bộ định tuyến chuyển tiếp gói tin

Bộ định tuyến có thể chuyển gói tin theo nhiều con đường khác nhau. Tuy nhiên, mục tiêu của bộ định tuyến là gửi gói tin đến một bộ định tuyến khác gần với máy đích hơn.
Minh họa bao gồm 1 bộ định tuyến ở bên trái và 3 bộ định tuyến ở bên phải. Bộ định tuyến bên trái có đường dẫn tới từng bộ định tuyến bên phải, mỗi đường được đánh số lần lượt là 1, 2 và 3. Phía trên mỗi đường có 1 dấu hỏi.
Vậy bộ định tuyến sẽ chọn hướng đi như thế nào? Bộ định tuyến có bảng chuyển tiếp (forwarding table) giúp nó chọn ra đường truyền phù hợp dựa trên địa chỉ IP đích. Bảng này không chứa hết tất cả các địa chỉ IP vì số địa chỉ IP khả thi là , quá nhiều để có thể lưu trữ hết. Thay vào đó, bảng chuyển tiếp sẽ chỉ liệt kê tiền tố của địa chỉ IP.
Tiền tố của địa chỉ IP Đường truyền
91.112 1
91.198 2
192.92 3
…
Địa chỉ IP có cấu trúc phân cấp. Thông thường, hai địa chỉ IP có phần tiền tố giống nhau có nghĩa là chúng cùng nằm trong một mạng máy tính lớn, ví dụ như mạng Comcast SF. Dựa trên nguyên lí đó, bảng chuyển tiếp của bộ định tuyến sẽ phải lưu trữ ít thông tin hơn.
Khi bộ định tuyến xác định được hàng phù hợp nhất với địa chỉ IP đích trong bảng, nó sẽ gửi gói tin theo đường truyền tương ứng.
Minh họa bao gồm 1 bộ định tuyến ở bên trái và 3 bộ định tuyến ở bên phải. Bộ định tuyến bên trái có đường dẫn tới từng bộ định tuyến bên phải, mỗi đường được đánh số lần lượt là 1, 2 và 3. Đường dẫn thứ 2 được đánh dấu với các mũi tên màu xanh lá đi từ trái qua phải và có một gói tin ở trên.

Bước 4: Bộ định tuyến cuối cùng chuyển tin nhắn đến đích

Nếu không có vấn đề phát sinh, sớm hay muộn, gói tin cũng sẽ đến được một bộ định tuyến biết chính xác máy đích của nó ở đâu.
Tiền tố của địa chỉ IP Đường truyền
91.112 1
91.198.174.192 Trực tiếp
192.92 2
…
Khi đã tìm được địa chỉ IP đích, bộ định tuyến có thể hoàn thành quá trình gửi tin nhắn.
Hình minh họa bao gồm bộ định tuyến ở bên trái và máy tính xách tay ở bên phải. Mũi tên chỉ từ bộ định tuyến đến máy tính xách tay, phía trên mũi tên là gói tin.

Đường truyền dự phòng và khả năng chịu lỗi

Trong Giao thức Internet (Internet Protocol, IP), máy tính chia tin nhắn thành các gói tin và các gói tin như vậy sẽ được chuyển từ bộ định tuyến này đến bộ định tuyến khác trên đường đến máy đích:
Minh họa một máy tính xách tay đang cần gửi gói tin đến máy chủ. Mạng giữa máy tính xách tay và máy chủ gồm 9 bộ định tuyến với nhiều đường truyền khả thi. Trong đó, có một đường truyền được tô màu xanh đi từ máy tính xách tay, qua các bộ định tuyến đến máy chủ.
Điều gì sẽ xảy ra nếu đường truyền của mạng không hoạt động, chẳng hạn như khi bị phá hủy bởi thảm họa thiên nhiên hoặc bị tội phạm mạng chiếm quyền kiểm soát? Các gói tin có thể đến đích được không?
Minh họa bao gồm 1 bộ định tuyến ở bên trái và 3 bộ định tuyến ở bên phải. Bộ định tuyến bên trái có đường dẫn tới từng bộ định tuyến bên phải, mỗi đường được đánh số lần lượt là 1, 2 và 3. Đường dẫn thứ 2 chỉ còn lại một nửa do hỏa hoạn.

Đường truyền dự phòng

Thông thường, gói tin có thể đi theo nhiều đường truyền khác nhau cùng dẫn đến một máy đích. Sự tồn tại của các đường truyền dự phòng như vậy giúp mạng vẫn có thể hoạt động khi một trong số các đường truyền gặp sự cố.
Giả sử ta có mạng bao gồm các bộ định tuyến ở bốn thành phố lớn như sau:
Hình minh họa bao gồm 4 bộ định tuyến và 4 đường dẫn kết nối các bộ định tuyến đó với nhau. Cụ thể là, đường dẫn từ Oakland đến Austin và ngược lại, đường dẫn từ Austin đến New York và ngược lại, đường dẫn từ Austin đến Tampa và ngược lại, đường dẫn từ New York đến Tampa và ngược lại. Các đường dẫn cũng được liệt kê trong bảng sau: Điểm đầu cuối | Điểm đầu cuối - | - | - Oakland | Austin Austin | New York Austin | Tampa New York | Tampa
Có rất nhiều đường truyền để chuyển gói tin từ bộ định tuyến Oakland đến bộ định tuyến New York.
Đường truyền ngắn nhất là từ Oakland qua Austin rồi đến New York:
Hình minh họa bao gồm 4 bộ định tuyến được ghi chú lần lượt là Oakland, Austin, Tampa và New York. Có 4 đường dẫn kết nối các bộ định tuyến đó với nhau. * Đường dẫn từ Oakland đến Austin * Đường dẫn từ Austin đến New York * Đường dẫn từ Austin đến Tampa * Đường dẫn từ New York đến Tampa Đường dẫn từ Oakland đến Austin và từ Austin đến New York có dạng mũi tên và được tô màu xanh lá.
Một đường truyền khác dài hơn là đi từ Oakland đến Austin, rồi đến Tampa và cuối cùng là New York.
Hình minh họa bao gồm 4 bộ định tuyến được ghi chú lần lượt là Oakland, Austin, Tampa và New York. Có 4 đường dẫn kết nối các bộ định tuyến đó với nhau. * Đường dẫn từ Oakland đến Austin * Đường dẫn từ Austin đến New York * Đường dẫn từ Austin đến Tampa * Đường dẫn từ New York đến Tampa 3 đường dẫn từ Oakland đến Austin, từ Austin đến Tampa và từ Tampa đến New York có dạng mũi tên và được tô màu xanh lá.
Vì sao ta cần có đường truyền dự phòng? Vì trong trường hợp đường dây kết nối giữa bộ định tuyến Austin và New York không hoạt động, vẫn sẽ có con đường khác để chuyển gói tin đến máy đích.
Hình minh họa bao gồm 4 bộ định tuyến và 4 đường dẫn kết nối các bộ định tuyến đó với nhau. Cụ thể là, đường dẫn từ Oakland đến Austin và ngược lại, đường dẫn từ Austin đến Tampa và ngược lại, đường dẫn từ New York đến Tampa và ngược lại. Đường dẫn từ Austin đến New York và ngược lại chỉ còn một phần do hỏa hoạn. Các đường dẫn cũng được liệt kê trong bảng sau: Điểm đầu cuối | Điểm đầu cuối - | - | - Oakland | Austin Austin | Tampa New York | Tampa
Các đường truyền dự phòng trong mạng giúp gia tăng lựa chọn trong quá trình chuyển gói tin đến đích.
ARPANET được coi là tiền thân của mạng Internet ngày nay, là mạng máy tính đầu tiên thử nghiệm công nghệ Internet vào năm 1969 với 4 máy tính.
Dưới đây là sơ đồ vận hành của APARNET vào năm 1969, trong đó SRI là Viện nghiên cứu Stanford (Stanford Research Institute), UCSB là Đại học California, Santa Barbara (University of California, Santa Barbara), UCLA là Đại học California, Los Angeles (University of California, Los Angeles):
Hình minh họa bao gồm bốn bộ định tuyến và bốn đường dẫn kết nối chúng với nhau. Không có đầu mũi tên ở mỗi đường dẫn. * Đường dẫn từ Utah đến SRI * Đường dẫn từ SRI đến UCLA * Đường dẫn từ SRI đến UCSB * Đường dẫn từ UCSB đến UCLA

Khả năng chịu lỗi

Hệ thống có khả năng chịu lỗi là hệ thống vẫn có thể tiếp tục hoạt động bình thường khi các thành phần của nó gặp sự cố.
Mạng Internet là một hệ thống rộng lớn và phức tạp với hàng triệu thành phần có thể bị hỏng bất cứ lúc nào, và trên thực tế nhiều thành phần trong số đó đã từng hỏng. Tuy nhiên tính đến năm 2020, chưa ai có thể đánh sập được toàn bộ Internet.
Số lượng các đường truyền dự phòng là một yếu tố then chốt góp phần củng cố khả năng chịu lỗi của Internet.
Hãy quan sát số lượng cáp ngầm xuyên biển kết nối bờ đông Hoa Kỳ với Tây Âu:

Bản đồ các tuyến cáp ngầm xuyên Đại Tây Dương, minh họa hơn 10 tuyến cáp kết nối bờ Đông Hoa Kỳ với nhiều địa điểm khác nhau ở Châu Âu.

Nguồn: Submarine cable map, TeleGeography
Nếu một trong những dây cáp này bị hỏng thì vẫn sẽ còn những dây cáp khác có thể đảm đương trách nhiệm vận chuyển thông tin xuyên Đại Tây Dương.
Nói cách khác, không có một điểm lỗi duy nhất nào trong hệ thống kết nối hai bờ Đại Tây Dương. Điểm lỗi duy nhất là thành phần có thể khiến toàn bộ hệ thống bị sập nếu nó gặp lỗi. Để tăng cường khả năng chịu lỗi của hệ thống, ta cần tìm kiếm điểm lỗi duy nhất và tìm cách bổ sung phương án dự phòng tại điểm đó.
Tiếp theo, hãy cùng quan sát số lượng ít ỏi những tuyến cáp xuyên biển kết nối các đảo ở vùng Polynesia, Nam Thái Bình Dương:

Bản đồ các tuyến cáp ngầm ở Nam Thái Bình Dương cho thấy có một tuyến cáp nối Fiji với Tonga và một tuyến cáp nối Quần đảo Cook với Polynesia thuộc Pháp.

Nguồn: Submarine cable map, TeleGeography
Tuyến cáp giữa Quần đảo Cook và Polynesia thuộc Pháp bị đứt sẽ gây ảnh hưởng đến Internet trên các đảo đó như thế nào?
Một tuyến cáp bị đứt có thể ảnh hưởng đến cả một quốc gia. Vào năm 2019, một chiếc mỏ neo được kéo lê trên đáy biển đã cắt đứt tuyến cáp nối tới Tonga và khiến nước này mất Internet trong 11 ngày.
Các tuyến cáp có thể mỏng manh hơn bạn nghĩ. Vào năm 2011, một bà cụ ở Georgia đã vô tình làm hỏng tuyến cáp bằng xẻng, khiến toàn bộ Armenia mất Internet trong 5 tiếng.
Việc dây cáp đường truyền bị đứt xảy ra khá thường xuyên, như chuyên gia phân tích mạng Stephan Beckert nhận xét là “3 ngày một lần”. Trong hầu hết các trường hợp, người dùng Internet sẽ không thấy có gì khác biệt và sau đó một trong những tàu sửa cáp sẽ làm phần việc của mình. Nếu người dùng nhận thấy sự khác biệt, xác suất xuất hiện điểm lỗi duy nhất là rất cao và điều đó cho thấy đã đến lúc bổ sung phương án dự phòng cho hệ thống.
Tại sao chúng ta không lắp đặt tuyến cáp dự phòng ở mọi nơi? Câu trả lời là, chi phí rất cao. Tuyến cáp xuyên biển kết nối Tonga và Fiji ước tính có chi phí khoảng 30 triệu đô la, và đó là một tuyến cáp tương đối ngắn. Khi Google lắp đặt tuyến cáp quang tốc độ cao giữa Mỹ và Tokyo, chi phí là 300 triệu đô la.
Khi việc lắp đặt hệ thống dự phòng tương tự trở nên quá tốn kém, một giải pháp để đối phó với sự cố là tìm cách chuyển sang hệ thống khác, kể cả cho dù đó là hệ thống có hiệu suất thấp hơn. Trong sự cố mất Internet ở Tonga, các công ty vệ tinh đã nhanh chóng tham gia cung cấp dịch vụ Internet. Mặc dù tốc độ đường truyền không bằng cáp quang nhưng kết nối Internet dù chậm cũng tốt hơn là không có kết nối Internet nào cả.
ARPANET năm 1970 có khả năng chịu lỗi khá thấp. Hệ thống có rất ít kết nối giữa các nút mạng nên chỉ cần một lỗi cũng có thể dễ dàng khiến ARPANET bị gián đoạn.
Hình minh họa bao gồm 5 bộ định tuyến và 5 đường dẫn kết nối chúng với nhau. Không có đầu mũi tên ở mỗi đường dẫn. * Đường dẫn từ Utah đến SRI * Đường dẫn từ SRI đến UCSB * Đường dẫn từ SRI đến UCLA * Đường dẫn từ UCSB đến UCLA * Đường dẫn từ UCLA đến BBN

Xem thêm:

TaiLieuMarketing

Rất vui khi bạn tới website chia sẻ kiến thức và kinh nghiệm thực hành của tôi trong lĩnh vực Marketing và Kinh doanh. Tôi tốt nghiệp chuyên ngành Marketing, ngành Quản trị kinh doanh bậc cử nhân và cao học tại Việt Nam. Tôi bắt đầu viết bài SEO từ năm 3 đại học và đã trải qua nhiều lĩnh vực khác nhau trước khi giảng dạy về Digital Marketing & Thương mại điện tử.

Để lại một bình luận

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *