Đề tài Mạng LAN và các phương pháp bảo mật

LỜI CẢM ƠN Đồ án được hoàn thành là nhờ sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô, các bạn đồng niên và những người thân. Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn đến tất cả những người đã giúp đỡ em trong quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất tới thầy Nguyễn Hoàng Dũng, người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài. Em xin chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp hết sức quý báu của thầy giáo phản biện. Nhân dịp này cho em bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô trong khoa Điện Tử-Viễn Thông trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội trong suốt những năm học qua đã cung cấp cho em rất nhiều những kiến thức phục vụ cho công tác sau này. Sinh viên Nguyễn Quốc Bảo MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1.1: Một hệ thống mạng đơn giản 9 Hình 1.1.2: Một số topology mạng thông thường 11 Hình 1.1.3: Peer to peer network 12 Hình 1.1.4: Client/server network 13 Hình 1.3.1: Mô hình OSI 7 tầng 20 Hình 1.3.2: Quan hệ giữa các tầng trong mô hình OSI 22 Hình 1.3.3: Quá trình Encapsulation 23 Hình 1.3.4: So sánh giữa OSI và TCP/IP 25 Hình 1.3.5: Các lớp địa chỉ IP 29 Hình 2.1.1: Mô hình thiết kế mạng LAN 34 Hình 2.1.2: Các lớp trong thiết kế mạng LAN 35 Hình 2.1.3: Các gói tin chạy trong VLAN 37 Hình 2.2.1: Mô hình phân lớp trong thiết kế mạng LAN 39 Hình 2.3.1: Mô hình point to point 42 Hình 2.3.2: Mô hình star 43 Hình 2.3.3: Mô hình mesh 43 Hình 2.3.4: Mô hình phân lớp trong thiết kế mạng WAN 44 Hình 3.1.1: Quá trình bắt tay 3 bước (3- way handshake) 50 Hiình 3.1.2: SYN attack 51 Hình 3.2.1: Mô hình triển khai VLAN 57 Hình 3.2.2: VLAN trunk 58 Hình 3.2.3: Application Layer Gateway 66 Hình 3.2.4: Mô hình triển khai firewall 67 Hình 3.2.5: Mô hình triển khai kết hợp firewall nhiều tầng 68 Hình 3.2.6: Vị trí hoạt động của NIDSs 70 Hình 4.1.1: Mô hình mạng mô phỏng 72 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, tất cả các nước trên thế giới đều đang dành sự đầu tư rất to lơn để phát triển công nghệ thông tin. Cùng với viễn thông, tin học là một thành phần cốt lõi của công nghệ thông tin. Thuật ngữ “mạng máy tính” đã trở nên quen thuộc và trở thành đối tượng nghiên cứu, ứng dụng của rất nhiều người có nghề nghiệp và phạm vi hoạt động khác nhau. Từ khi ra đời, mạng máy tính đã đáp ứng nhu cầu chia sẻ nguồn tài nguyên, giảm chi phí khi muốn trao đổi dữ liệu và được sử dụng trong công tác văn phòng một cách rất tiện lợi. Đến nay, do sự phát triển của xã hội, nhu cầu trao đổi thông tin ngày một nhiều, vì vậy mạng máy tính không ngừng phát triển, không ngừng tối ưu hoá các dịch vụ để đáp ứng yêu cầu đó. Trong những năm gần đây, internet đã trở thành một công cụ rất thuận tiện và phổ biến trong các hoạt động kinh doanh và giải trí. Trong môi trường mạng, một lượng thông tin hay một khối dữ liệu đi từ người gửi đến người nhận thường phải qua nhiều nút với sử dụng khác nhau, không có ai có thể đảm bảo rằng thông tin không bị sao chép, đánh cắp hay xuyên tạc. Do đó việc xây dựng và hoạch định ra một chính sách, triển khai xây dựng hệ thống mạng một cách an toàn nhằm tạo ra một môi trường mạng “trong sạch” đang là một vấn đề được rất nhiều tổ chức, doanh nghiệp, quốc gia quan tâm. Để làm được điều này, các cơ quan tổ chức cần phải xây dựng cho mình một chính sách bảo vệ môi trường mạng của mình một cách thiết thực nhất. Dựa trên những yêu cầu đặt ra ban đầu, thông qua những hiểu biết về việc cấu hình thiết bị mạng, phối kết hợp chúng để chúng phát huy được những điểm mạnh sẵn có và khắc phục được các điểm yếu cho nhau nhằm đạt được mục tiêu chính là bảo vệ an toàn cho hệ thống mạng đó. Với đồ án tốt nghiệp đề tài: ”Mạng LAN và các phương pháp bảo mật”, em muốn nêu lên một số phương pháp giúp cho người quản trị mạng có thể triển khai để bảo vệ mạng trước những tấn công và truy nhập trái phép. Nội dung đồ án được chia thành các phần: Phần 1: Tổng quan về mạng máy tính Phần 2: Thiết kế mạng LAN và WAN Phần 3: Một số phương pháp tấn công và các biện pháp bảo vệ mạng Phần 4: Xây dựng mô hình hệ thống mô phỏng Kết luận PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH Chương 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1. Mạng và kết nối mạng Ở mức độ cơ bản nhất, mạng (network) bao gồm hai máy tính nối với nhau bằng cáp (cable) sao cho chúng có thể dùng chung dữ liệu. Mọi mạng máy tính cho dù tinh vi phức tạp đến bao nhiêu đi nữa thì cũng đều bắt đầu từ những hệ thống đơn giản như vậy. Đây chính là một thành tựu lớn lao trong công nghệ truyền thông. Mạng máy tính phát sinh từ nhu cầu chia sẻ (share) dữ liệu của người dùng máy tính. Máy tính cá nhân là công cụ tuyệt vời giúp tạo dữ liệu, bảng tính, hình ảnh và nhiều dạng thông tinh khác nhưng lại không cho phép nhanh chóng chia sẻ dữ liệu bạn đã tạo cho mọi người cùng xem và thưởng thức. Không có hệ thống mạng dữ liệu, muốn mang thông tin sang các máy tính khác bạn chỉ có thể dùng tới sự giúp đỡ của đĩa mềm (floppy), hoặc là in tài liệu cần chia sẻ ra giấy. Đó là sự hạn chế rất lớn của việc thiếu môi trường mạng. Đây chính là sự làm việc trong môi trường độc lập, do đó hiệu quả công việc không cao. Nếu một người trong môi trường độc lập nối máy tính của mình với máy tính của nhiều người khác, anh ta sẽ có thể sử dụng dữ liệu trên các máy tính khác, kể cả máy in. Một nhóm máy tính và các thiết bị ngoại vi kết nối với nhau bởi các đường truyền vật lý theo một kiến trúc nào đó được gọi là mạng (network), còn khái niệm các máy tính nối với nhau dùng chung tài nguyên gọi là nối mạng (networking). Hình 1.1.1: Một hệ thống mạng đơn giản Đường truyền vật lý dùng để truyền các tín hiệu điện tử giữa các máy tính. Hiện nay cả hai loại đường truyền hữu tuyến (cable) và vô tuyến (wireless) đều được sử dụng trong việc nối kết mạng máy tính. Đường truyền hữu tuyến gồm có: +Cáp đồng trục (coxial cable). +Cáp đôi xoắn (twisted pair cable), gồm hai loại STP và UTP. +Cáp quang (fiber optic cable). Đường truyền vô tuyến gồm có: +Radio. +Sóng cực ngắn (micro wave). +Hồng ngoại (infrared). Kiến trúc mạng máy tính (network architecture) thể hiện cách nối các máy tính với nhau ra sao và tập hợp các quy tắc, quy ước mà tất cả các thực thể tham gia truyền thông trên mạng phải tuân theo để đảm bảo cho mạng hoạt động tốt. Cách nối các máy tính gọi là topology của mạng, còn tập hợp các quy tắc, quy ước truyền thông gọi là giao thức (protocol) của mạng. *Topo mạng: Một số topo thường được dùng là: +Bus (xa lộ): Tất cả các trạm phân chia chung một đường truyền chính. Đưòng truyền này được giới hạn 2 đầu bởi một loại đầu nối đặc biệt gọi là terminator. Mỗi trạm được nối vào bus qua một đầu nối chữ T. Khi 1 trạm truyền dữ liệu, tín hiệu được quảng bá trên 2 chiều của bus, nghĩa là tất cả các trạm còn lại đều có thể nhận được. +Ring (vòng): Tín hiệu được lưu chuyển trên vòng theo một chiều duy nhất. Mỗi trạm được nối với vòng qua một bộ chuyển tiếp (repeater) có nhiệm vụ nhận tín hiệu và chuyển đến trạm kế tiếp trên vòng. Cần thiết phải có giao thức điều khiển việc cấp phát “quyền” được truyền dữ liệu trên vòng cho các trạm có nhu cầu. +Star (hình sao): Tất cả các trạm được nối vào 1 thiết bị trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các trạm và chuyển đến trạm đích của tín hiệu. Tuỳ theo yêu cầu của truyền thông mạng thiết bị trung tâm có thể là một bộ chuyển mạch (switch), bộ chọn đường (router) hoặc đơn giản là một bộ phân kênh (hub). Star là topo lắp đặt đơn giản, dễ cấu hình, dễ kiểm soát và khắc phục sự cố. Tuy nhiên độ dài đường truyền với thiết bị trung tâm bị hạn chế (khoảng 100m). +Extended star (hình sao mở rộng): Nó cũng tương tự dạng hình sao. Các bộ tập trung của các mạng hình sao lại được được nối vào một bộ tập trung khác. +Hierarchical (phân lớp): Topo này cũng tương tự như dạng sao mở rộng. Sự khác biệt ở đây là ở đây không sử dụng nút trung tâm như hình sao mở rộng. +Mesh (tổng hợp): Trong dạng này, tất cả các thiết bị đều có đường nối trực tiếp đến thiết bị khác. Ưu điểm của dạng này là đảm bảo mạng vẫn hoạt động bình thường trong trường hợp có một vài kết nối nào đó bị hỏng. Tuy nhiên dạng này chi phí cao do mất nhiều dây nối giữa các trạm. Topo này thường được dùng trong các mạng lõi (backbone). Hình 1.1.2: Một số topology mạng thông thường 2. Các loại hình mạng Theo cơ chế hoạt động thì mạng máy tính được chia làm hai loại, đó là mạng ngang hàng và mạng dựa trên máy phục vụ. *Mạng ngang hàng (peer to peer): Mạng ngang hàng là sự lựa chọn lý tưởng cho các môi trường mạng: +Có ít hơn 10 người dùng. +Tất cả người dùng đều ở trong một khu vực. +Tính bảo mật không phải là vấn đề quan trọng. +Số người dùng và mạng sẽ hạn chế phát triển trong tương lai gần. Hình 1.1.3: Peer to peer network Trong mạng ngang hàng người dùng có thể quản lý tài nguyên của mình, có thể chia sẻ cũng như không cho phép truy cập dữ liệu từ những người dùng khác. Một ưu điểm rất lớn của mạng ngang hàng là rất dễ cài đặt và sử dụng. Như vậy trong một số trường hợp sử dụng mạng ngang hàng là một giải pháp tương đối tốt. *Mạng dựa trên máy phục vụ (client/server): Trong trường hợp có nhiều hơn 10 người dùng mạng ngang hàng sẽ không đáp ứng được yêu cầu đặt ra. Vì thế hầu hết các mạng đều có máy phục vụ chuyên dụng. Máy phục vụ chuyên dụng là máy chủ hoạt động như một máy phục vụ chứ không kiêm luôn vai trò của máy khách hay máy trạm. Máy phục vụ có tính chuyên dụng vì chúng được thiết kế tối ưu hoá để phục vụ nhanh yêu cầu của khách trên mạng cũng như đảm bảo an toàn cho tập tin và thư mục. Mạng dựa trên máy phục vụ đã trở thành mô hình chuẩn cho hệ thống mạng ngày nay. Mạng dựa trên máy phục vụ đã giải quyết được một số nhược điểm của mạng ngang hàng, vấn đề an ninh và mở rộng mạng đã được đáp ứng tốt hơn. Tuy nhiên nó cũng có một số nhược điểm nhất định. Các máy server yêu cầu cấu hình cao và thông thường rất đắt. Ngoài ra nếu chỉ dùng một máy server thì mạng sẽ ngừng làm việc nếu như server hỏng. Hình 1.1.4: Client/server network Một số máy phục vụ chuyên dụng: +Máy phục vụ tập tin, in ấn (file/print server). +Máy phục vụ thư tín (mail server). +Máy phục vụ fax (fax server). +Máy phục vụ web (web server). … Theo phân vùng địa lý thì mạng máy tính được chia thành các loại hình sau: *Mạng cục bộ LAN (local area network): Đây là loại hình mạng được cài đặt trong môi trường tương đối nhỏ (ví dụ trong 1 toà nhà, trong một trường học …). Một số công nghệ mạng LAN thông dụng là Ethernet, Tocken Ring, FDDI (Fiber Distributed Data Interface). *Mạng đô thị MAN (Metropolitan Area Network): Đây là mạng được cài đặt trong một đô thị hoặc trong một trung tâm kinh tế - xã hội có bán kính nhỏ hơn 100km. *Mạng diện rộng WAN (Wide Area Network): Mạng WAN kết nối các mạng trong một vùng địa lý rộng, phạm vi có thể là trong một quốc gia và thậm chí cả lục địa. Một số công nghệ thường dùng trong mạng WAN là ISDN (Intergrated Services Digital Network, DSL (Digital Subscriber Line), Frame relay, SONET (Synchronous Optical Network). Theo kĩ thuật chuyển mạch thì ta sẽ có các loại mạng sau: mạng chuyển mạch kênh, mạng chuyển mạch thông báo và mạng chuyển mạch gói. *Mạng chuyển mạch kênh (circuit switched network): Khi có hai thực thể muốn trao đổi thông tin thì giữa chúng thiết lập một kênh cố định và được duy trì cho đến khi một trong hai bên ngắt liên lạc. Các dữ liệu chỉ được truyền theo một đường cố định đó. Phương pháp này có hai nhược điểm đó là phải mất thời gian thiết lập kênh cố định giữa hai thực thể và hiệu suất sử dụng đường truyền không cao trong trường hợp cả hai bên đều hết thông tin để truyền trong khi các thực thể khác không được sử dụng kênh này. *Mạng chuyển mạch thông báo (message switched network): Thông báo (message) là một đơn vị thông tin của người sử dụng có khuôn dạng được quy định trước. Mỗi thông báo đều có vùng thông tin điều khiển trong đó chỉ định rõ đích của thông báo. Căn cứ vào thông tin này mà mỗi nút có thể chuyển thông báo đến nút kế tiếp trong đường dẫn đến đích của nó. Tuỳ thuộc vào điều kiện của mạng, các thông báo khác nhau có thể được gửi đi trên các con đường khác nhau. Phương pháp này có hiệu suất sử dụng đường truyền cao, mỗi nút mạng có thể lưu trữ thông báo cho đến khi kênh truyền rỗi rồi mới gửi thông báo đi do đó giảm được tình trạng tắc nghẽn. *Mạng chuyển mạch gói (packet switched network): Mỗi thông báo được chia thành nhiều phần nhỏ hơn gọi là các gói tin (packet) có khuôn dạng quy định trước. Mỗi gói tin cũng chứa các thông tin điều khiển trong đó có địa chỉ nguồn và địa chỉ đích. Các gói tin thuộc một thông báo nào đó có thể đi theo các con đường khác nhau để đi đến đích. Phương pháp này cũng tương tự như phương pháp chuyển mạch thông báo. Điểm khác biệt là ở chỗ gói tin được giới hạn kích thước sao cho các nút mạng có thể xử lý toàn bộ gói tin mà không phải lưu trữ tạm thời. Bởi vậy mạng chuyển mạch gói truyền các gói tin nhanh hơn và hiệu quả hơn so với chuyển mạch thông báo. Vấn đề cơ bản nhất của phương pháp này là tập hợp các gói tin và sắp xếp sao cho đúng thứ tự trong trường hợp các gói đi theo các đường khác nhau. Như vậy cần phải có các cơ chế đánh dấu gói tin và phục hồi các gói tin bị thất lạc hoặc bị lỗi trong quá trình truyền. Chương 2: MỘT SỐ THIẾT BỊ MẠNG THÔNG THƯỜNG 1. Cáp Cáp dùng làm phương tiện truyền dẫn kết nối giữa các thành phần của mạng với nhau. Có một số loại cáp thông thường là cáp đồng trục (coxial), cáp xoắn đôi (twisted pair) và cáp sợi quang (fiber optic).Trong mô hình OSI cáp được coi là thiết bị tầng 1. Bảng 1.2.1: Một số loại cáp thông dụng Cáp đồng trục mảnh 10Base2 Cáp đồng trục dầy 10Base5 Cáp xoắn đôi 10BaseT Cáp quang Chi phí Cao hơn cáp xoắn đôi Cao hơn cáp mảnh Thấp nhất Cao nhất Độ dài tối đa 185m 500m 100m Có thể rất xa Tốc độ truyền 10Mbps 10Mbps 10, 100Mbps Cao hơn 100Mbps Cài đặt Dễ Dễ Rất dễ Khó Chống nhiễu Tốt Tốt Dễ bị nhiễu Rất tốt Sử dụng Trong các địa điểm có yêu cầu bảo mật cao Sử dụng rất phổ biến Những môi trường đòi hỏi tốc độ, bảo mật cao 2. Card mạng Card mạng (Network Interface Card – NIC) dùng để kết nối giữa máy tính và phương tiện truyền dẫn. Mỗi card mạng được đại diện bởi một địa chỉ MAC (Media Access Control) dài 48bit quy định bởi nhà sản xuất. Trong mạng LAN thì địa chỉ MAC được dùng để quyết định điểm đến của gói tin. NIC được coi là thiết bị tầng 2 trong mô hình OSI. 3. Hub Được dùng trong mạng LAN, hoạt động ở tầng 1 (physical).Trên Hub có nhiều cổng để kết nối với máy tính. Các máy tính được nối vào Hub sẽ nằm trong 1 vùng xung đột (collision domain). Trong cùng 1 thời điểm chỉ có 1 máy được gửi dũ liệu đi. Các máy bị chia sẻ bandwidth nhưng bù lại giá thành lại rẻ. Ngày nay Hub ít được sử dùng và được thay thế bằng switch. 4. Bridge Hoạt động ở tầng 2 (Data link). Bridge dùng để kết nối 2 hoặc nhiều mạng Lan với nhau. Ở mỗi cổng của bridge là một vùng xung đột. Bridge dùng địa chỉ MAC để quyết định xem có cho gói tin đi qua không. Tốc độ hoạt động của bridge cao hơn của hub. 5. Switch Hoạt động ở tầng 2. Cũng giống như bridge, switch dùng để kết nối các mạng Lan với nhau. Thay vì dùng phần mềm như bridge, switch dùng phần cứng nên tốc độ hoạt động nhanh hơn rất nhiều 6. Router Hoạt động ở tầng 3 (Network). Mỗi cổng của router là một vùng quảng bá (broadcast domain). Router hoạt động dựa trên địa chỉ tầng 3, có nhiệm vụ xác định đường đi tới đích tối ưu cho các gói dữ liệu, định tuyến điều khiển luồng để đảm bảo tốc độ và tính toàn vẹn của dữ liệu. 7. Card mạng không dây và điểm truy cập Khi dùng mạng không dây mỗi máy tính cũng cần một thiết bị kết nối với đường truyền gọi là Wireless Nic. Các máy tính sẽ được kết nối thông qua một điểm truy cập chung gọi là Access Point (AP). Chúng ta có thể coi như Access Point giống như là hub trong mạng LAN thông thường. Chương 3: MÔ HÌNH OSI VÀ TCP/IP 1. Mô hình OSI Để giảm độ phức tạp khi thiết kế và cài đặt mạng, hầu hết các mạng máy tính đều được phân tích và thiết kế theo quan điểm phân tầng. Mỗi hệ thống thành phần của mạng được xem là một cấu trúc đa tầng trong đó mỗi tầng được xây trên tầng trước đó. Số lượng các tầng cũng như tên và chức năng của các tầng tuỳ thuộc vào nhà thiết kế. Khi thiết kế các nhà thiết kế tự lựa chọn kiến trúc mạng riêng của mình, từ đó dẫn đến tình trạng không tương thích giữa các mạng: phương pháp truy nhập đường truyền khác nhau, sử dụng các bộ giao thức khác nhau… Sự không tương thích này gây ra những khó khăn trong việc tương tác giữa những người sử dụng. Các nhà sản xuất và các nhà nghiên cứu, thông qua các tổ chức chuẩn hoá quốc gia và quốc tế, tích cực tìm ra sự hội tụ cho các sản phẩm mạng trên thị trường. Đê có được điều đó, trước hết cần xây dựng được một khung chuẩn về kiến trúc mạng để làm căn cứ cho các nhà thiết kế và chế tạo các sản phẩm về mạng. Vì lý do đó, Tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế ISO (International Organization for Standardization) đã xây dựng Mô hình tham chiếu cho việc kết nối các hệ thống mở (Referrence Model for Open Systems Interconnection). Mô hình này được dùng làm cơ sở cho việc nối kết các hệ thống mở phục vụ cho các ứng dụng phân tán. “Mở” ở đây nói lên khả năng 2 hệ thống có thể nối kết để trao đổi thông tin với nhau nếu chúng tuân thủ mô hình tham chiếu và các chuẩn liên quan. 1.1. Kiến trúc phân tầng Mô hình OSI được chia làm 7 tầng. Mỗi tầng OSI có những chức năng mạng được định rõ, các chức năng của mỗi tầng giao tiếp với chức năng của tầng ngay bên trên và ngay bên dưới nó. Tầng thấp nhất định nghĩa phương tiện vật lý của mạng và các tác vụ liên quan như đưa bit dữ liệu lên card mạng và cáp. Tầng cao nhất định nghĩa cách thức chương trình ứng dụng truy cập các dịch vụ truyền thông. Tầng càng cao nhiệm vụ của tầng càng trở nên phức tạp. 7. Ứng dụng (Application Layer) 6. Trình diễn (Presentation Layer) 5. Phiên (Session Layer) 4. Giao vận (Transport Layer) 3. Mạng (Network Layer) 2. Liên kết dữ liệu (DataLink Layer) 1. Vật lý (Physical Layer) Hình 1.3.1: Mô hình OSI 7 tầng Mỗi tầng cung cấp dịch vụ hoặc hoạt động chuẩn bị dũ liệu để chuyển giao qua mạng đến các máy tính khác. Mỗi tầng được xây dựng dựa trên các tiêu chuẩn và hoạt động của tầng trước đó. 1.2. Chức năng của các tầng trong mô hình OSI *Tầng vật lý: Liên quan đến nhiệm vụ truyền dòng bit không có cấu trúc qua đường truyền vật lý, truy nhập đường truyền vật lý nhờ các phương tiện cơ, điện, hàm, thủ tục. Tầng vật lý định nghĩa cách kết nối giữa cáp và card mạng như thế nào. Chẳng hạn, nó định rõ bộ nối có bao nhiêu chân và chức năng của từng chân như thế nào. Tầng này cũng định rõ kĩ thuật truyền nào sẽ được dùng để gửi dữ liệu lên cáp mạng. Tầng vật lý chịu trách nhiệm truyền bit (bit 0 và bit 1) từ máy tính này sang máy tính khác. Bản thân bit không có ý nghĩa rõ rệt. Tầng vật lý định rõ sự mã hoá bit và sự đồng bộ, bảo đảm rằng khi truyền đi bit 1 thì sẽ nhận được bit 1 chứ không phải là bit 0. Tầng vật lý cũng định rõ mỗi bit kéo dài bao lâu và được diễn dịch thành xung điện hay xung ánh sáng thích hợp với cáp mạng như thế nào. *Tầng liên kết dữ liệu: Cung cấp phương tiện để truyền thông tin qua liên kết vật lý đảm bảo tin cậy, gửi các khung dữ liệu (frame) với các cơ chế đồng bộ hoá, kiểm soát lỗi và kiểm soát luồng dữ liệu cần thiết *Tầng mạng: Thực hiện việc chọn đường và chuyển tiếp thông tin với công nghệ chuyển mạch thích hợp, thực hiện việc kiểm soát luồng dữ liệu và cắt/hợp dữ liệu nếu cần. Tầng mạng cung cấp phương tiện để truyền các đơn vị dữ liệu qua mạng, bởi vậy nó cần phải đáp ứng với nhiều kiểu mạng và nhiều kiểu dịch vụ cung cấp bởi các mạng khác nhau. *Tầng giao vận: Thực hiện việc truyền dữ liệu giữa hai đầu mút (end to end), thực hiện việc kiểm soát lỗi và kiểm soát luồng giữa hai đầu mút. Cũng có thể thực hiện việc ghép kênh (multiplexing), cắt/hợp dữ liệu nếu cần. Tầng giao vận là ranh giới giữa các tầng thấp và các tầng cao trong mô hinh OSI, nó vừa phải biết về yêu cầu chất lượng dịch vụ (Quality of Service – QOS) của người sử dụng đồng thời cũng phải biết được khả năng cung cấp dịch vụ của mạng bên dưới. *Tầng phiên: Cung cấp phương tiện quản lý truyền thông giữa các ứng dụng: thiết lập, duy trì, đồng bộ hoá và huỷ bỏ các phiên truyền thông giữa các ứng dụng. *Tầng trình diễn: Chuyển đổi cú pháp dữ liệu để đáp ứng yêu cầu truyền dữ liệu của các ứng dụng trong môi trường OSI. *Tầng ứng dụng: Cung cấp các phương tiện để người sử dụng có thể truy nhập được vào môi trường OSI, đồng thời cung cấp các dịnh vụ thông tin phân tán. 1.3. Quan hệ giữa các tầng trong mô hình OSI Nhiệm vụ của mỗi tầng là cung cấp dịch vụ cho tầng ngay bên trên nó và đưa yêu cầu đối với tầng ngay bên dưới nó. Các tầng được thiết lập theo cách thức qua đó mỗi tầng hoạt động như thể nó đang giao tiếp với tầng đối tác của nó trong máy tính khác. Đây là dạng giao tiếp ảo hay giao tiếp logic giữa những tầng đồng mức. Thật sự là giao tiếp xảy ra giữa các tầng kề nhau trên cùng 1 máy tính. Hình 1.3.2: Quan hệ giữa các tầng trong mô hình OSI Thông tin truyền trên mạng giữa nguồn và đích được gọi là các gói dữ liệu (data packets). Một máy tính (host A) muốn gửi dữ liệu đến một máy tính khác (host B) thì dữ liệu phải tuân theo một quá trình gọi là quá trình đóng gói (Encapsulation). Khi dữ liệu chạy từ tầng trên xuống tầng dưới, mỗi tầng sẽ thêm một phần đầu (header) và có thể là phần cuối (trailer) vào dữ liệu trước khi chuyển xuống tầng dưới. Các phần header và trailer này chứa thông tin điều khiển cho các thiết bị mạng và đầu nhận để đảm bảo dữ liệu được chuyển đến đúng nơi nhận. Thông tin từ tầng ứng dụng qua tầng trình diễn sẽ được chuyển đổi sao cho nó có thể truyền qua mạng. Ở tầng giao vận, dữ liệu sẽ được đóng gói để thực hiện truyền giữa hai đầu mút (end to end). Qua tầng mạng, địa chỉ mạng sẽ được thêm vào phần header. Phần header thêm vào này chứa địa chỉ logic của nguồn và đích. Đến tầng liên kết dữ liệu các gói dữ liệu sẽ được chuyển thành các khung (frame). Phần header của khung sẽ chứa thông tin về địa chỉ vật lý của nguồn và đích. Ngoài ra có thể có thêm phần trailer chứa thông tin sửa lỗi. Đến tầng vật lý dữ liệu sẽ được chuyển thành dạng bit để truyền trên đường truyền đến nơi nhận. Hình 1.3.3: Quá trình Encapsulation Tại nơi nhận, quá trình xảy ra ngược lại (De-Encapsulation). Ở mỗi tầng sẽ nhận dữ liệu, loại bỏ thông tin của tầng mình rồi chuyển lên tầng tiếp theo. Khi thông tin chuyển đến tầng ứng dụng, mọi thông tin về địa chỉ đã được loại bỏ, dữ liệu trở về dạng ban đầu mà máy nhận có thể đọc được. Ngoại trừ tầng thấp nhất trong mô hình mạng, không tầng nào có thể truyền trực tiếp thông tin sang tầng tương ứng trên máy tính khác. Thông tin cần phải truyền xuống các tầng dưới và ở máy nhận lại truyền ngược lên tầng tương ứng. Ví dụ tầng mạng của máy gửi (host A) gửi thông tin thì nó sẽ qua tầng liên kết dữ liệu và tầng vật lý rồi qua cáp mạng đến tầng vật lý của máy nhận (host B), sau đó qua tầng liên kết dữ liệu và đến nơi nhận là tầng mạng. Mỗi tầng có một giao thức điều khiển riêng của nó. Giao thức này sẽ quyết định tầng dưới sẽ phải cung cấp những dịch vụ nào cho tầng trên và quy định rõ những dịch vụ này được truy cập như thế nào. 2. Mô hình TCP/IP 2.1. Kiến trúc phân tầng Cũng giống như mô hình OSI, mô hình TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) cũng sử dụng kiến trúc phân tầng. TCP là một giao thức kiểu có kết nối (Connection Oriented), tức là cần phải có một giai đoạn thiết lập liên kết giữa 2 thực thể TCP trước khi chúng thực hiện trao đổi dữ liệu. IP là một giao thức kiểu không có kết nối (Connectionless), nghĩa là không cần phải thiết lập kết nối trước khi thực hiện trao đổi thông tin. Trong mô hình TCP/IP không chỉ sử dụng hai giao thức TCP và IP mà ngoài ra còn sử dụng rất nhiều các giao thức khác như UDP,FTP… Tuy nhiên trên môi trường Internet hiện nay chủ yếu sử dụng 2 giao thức là TCP và IP. Hình 1.3.4: So sánh giữa OSI và TCP/IP Mô hình TCP/IP gồm 4 tầng: Tầng ứng dụng (Application), tầng giao vận (Transport), tầng Internet, tầng truy cập mạng (Network Access). Tương quan giữa mô hình TCP/IP và mô hình OSI như trên hình. 2.2. Các tầng trong mô hình TCP/IP *Tầng ứng dụng: Tầng ứng dụng của TCP/IP tương đương với 3 tầng trên cùng của mô hình OSI do vậy nó mang chức năng tổng hợp của cả 3 tầng. Một số giao thức thường dùng của tầng ứng dụng : +HTTP (Hypertext Transfer Protocol): Giao thức này sử dụng bởi World Wide Web (www). HTTP quy định việc định dạng và truyền các bản tin như thế nào. +FTP (File Transfer Protocol): Đây là giao thức truyền tệp, được sử dụng để truyền từ máy này sang máy khác. Giao thức này đảm bảo sự tin cậy và sử dụng kiểu có kết nối. +TFTP (Trivial File Transfer Protocol): Cũng là giao thức truyền tệp như FTP nhưng là dạng không kết nối. Nó không đảm bảo sự tin cậy nhưng tốc độ lại nhanh hơn FTP rất nhiều. Nó được sử dụng chủ yếu trong môi trường mạng LAN vì môi trường này rất ít xảy ra lỗi. +SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Giao thức chuyển e-mail trong mạng máy tính. +Telnet (Terminal emulation): Giao thức cho phép điều