Hướng dẫn xây dựng chương trình bắt gói tin

MỤC LỤC
Trần Ngọc Việt – CNT46 ĐH
1
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, mạng máy tính đã trở nên quen thuộc với mọi người trong xã
hội. Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và nhu cầu của con người,
mạng máy tính cũng càng ngày càng mở rộng và trở thành một phần không
thể thiếu của đời sống.
Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của mạng máy tính, rất nhiều vấn đề liên
quan cũng được đặt ra đối với người sử dụng như lỗi đường truyền, virus, sự
tấn công của hacker Để góp phần giải quyết những vấn đề này thì việc kiểm
soát lượng thông tin vào ra mang một ý nghĩa khá quan trọng. Chính vì vậy
em lựa chọn thực hiện đồ án tốt nghiệp là “Xây dựng chương trình kiểm soát
lưu lượng thông tin trao đổi qua hệ thống mạng” nhằm mục đích cung cấp
một công cụ hữu ích cho việc kiểm soát và học tập về mạng máy tính.
Trong thời gian thực tập em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong
khoa Công nghệ thông tin trường Đại học Hàng Hải Việt Nam cùng các bạn
trong tập thể lớp CNT46-ĐH và đặc biệt thầy Ngô Quốc Vinh đã giúp đỡ em
trong quá trình thực hiện đồ án này.
Hải Phòng tháng 12 năm 2009
Sinh viên: Trần Ngọc Việt
Trần Ngọc Việt – CNT46 ĐH
2
Chương I. Cơ sở lý thuyết mạng máy tính
CHƯƠNG I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MẠNG MÁY TÍNH
Để xây dựng một chương trình quản lý, thống kê, kiểm soát lưu lượng thông
tin, ta cần thực hiện chặn bắt các gói tin vào ra hệ thống mạng cũng như phân tích
các gói tin thu được. (Packet Capture và Packet Analysis). Chương trình như vậy
thường được gọi là Sniffer (Packet Analyzer). Để xây dựng được sniffer, ta cần có
được hiểu biết cơ bản về mạng máy tính và các giao thức liên quan. Trong phạm vi
của đề tài sẽ được thực hiện trên hệ điều hành Window và sử dụng bộ giao thức

TCP/IP Ethernet nên trong phần này sẽ trình bày những vấn đề cơ bản nhất của
mạng Ethernet.
1 Tổng Quan Hệ Thống Mạng TCP/IP Ethernet
1.1 Khái niệm mạng máy tính
Từ những năm 1960 đã xuất hiện các mạng nối các máy tính và các Terminal để sử
dụng chung nguồn tài nguyên, giảm chi phí khi muốn thông tin trao đổi số liệu và
sử dụng trong công tác văn phòng một cách tiện lợi.
Với việc tăng nhanh các máy tính mini và các máy tính cá nhân làm tăng yêu cầu
truyền số liệu giưã các máy tính, giữa các terminal, và giữa các terminal với máy
tính là một trong những động lực thúc đẩy sự ra đời và phát triển ngày càng mạnh
mẽ các mạng máy tính.Quá trình hình thành mạng máy tính có thể tóm tắt qua các
giai đoạn sau:
Giai đoạn các terminal nối trực tiếp với máy tính:
Đây là giai đoạn đầu tiên của mạng máy tính, để tận dụng công suất của máy tính
người ta ghép nối các terminal vào một máy tính được gọi là các máy tính trung
tâm.
Giai đoạn các bộ tiền xử lý (Prontal)
Ở giai đoạn 1 máy tính trung tâm quản lý truyền tin tới các terminal, ở giai đoạn 2
máy tính trung tâm quản lý truyền tin tới các bộ tập trung qua các bộ ghép nối điều
khiển đường truyền. Ta có thể thay thế bộ ghép nối đường truyền bằng các máy tính
nini gọi là prontal, đó chính là bộ tiền xử lý.
Giai đoạn mạng máy tính:
Trần Ngọc Việt – CNT46 ĐH
3
Chương I. Cơ sở lý thuyết mạng máy tính
Vào những năm 1970 người ta bắt đầu xây dựng mạng truyền thông trong đó các
thành phần chính của nó là các nút mạng gọi là bộ chuyển mạch dùng để hướng
thông tin tới đích.
Các mạng được nối với nhau bằng đường truyền còn các máy tính xử lý thông tin
của người dùng hoặc các trạm cuối được nối trực tiếp vào các nút mạng để khi cần

thì trao đổi thông tin qua mạng. Các nút mạng thương là máy tính nên đồng thời
đóng vai trò của người sử dụng.
Chức năng của nút mạng:
• Quản lý truyền tin, quản lý mạng
Như vậy các máy tính ghép nối với nhau hình thành mạng máy tính, ở đây ta thấy
mạng truyền thông cũng ghép nối các máy tính với nhau nên khái niệm mạng maý
tính và mạng truyền thông có thể không phân biệt.
Việc hình thành mạng máy tính nhằm đạt các mục đích sau:
• Tận dụng và làm tăng giá trị của tài nguyên
• Chinh phục khoảng cách
• Tăng chất lượng và hiệu quả khai thác và xử lý thông tin
• Tăng độ tin cậy của hệ thống nhờ khả năng thay thế khi xảy ra sự cố đối với
một máy tính nào đó.
Như vậy: Mạng máy tính là tập hợp các máy tính được ghép với nhau bởi các
đường truyền vật lý theo một kiến trúc nào đó.
1.2 Kiến trúc phân tầng
Để giảm độ phức tạp trong thiết kế và cài đặt mạng, các mạng máy tính được tổ
chức thiết kế theo kiểu phân tầng (layering). Trong hệ thống thành phần của mạng
được tổ chức thành một cấu trúc đa tầng, mỗi tầng được xây dựng trên tầng trước
đó; mỗi tầng sẽ cung cấp một số dịch vụ cho tầng cao hơn. Số lượng các tầng cũng
như chức năng của mỗi tầng là tuỳ thuộc vào nhà thiết kế. Ví dụ cấu trúc phân tầng
của mạng SNA của IBM, mạng DECnet của Digital, mạng ARPANET. là có sự
khác nhau. Nguyên tắc cấu trúc của mạng phân tầng là: mỗi hệ thống trong một
Trần Ngọc Việt – CNT46 ĐH
4
Chương I. Cơ sở lý thuyết mạng máy tính
mạng đều có cấu trúc phân tầng (Số lượng tầng, chức năng của mỗi tầng là như
nhau). Mục đích của mỗi tầng là để cung cấp một số dịch vụ nhất định cho tầng cao
hơn.
Tầng i của hệ thống A sẽ hội thoại với tầng i của hệ thống B, các quy tắc và quy ước

dùng trong hội thoại gọi là giao thức mức I
Giữa hai tầng kề nhau tồn tại một giao diện (interface) xác định các thao tác nguyên
thuỷ của tầng dưới cung cấp lên tầng trên.
Trong thực tế dữ liệu không truyền trực tiếp từ tầng i của hệ thống này sang tầng i
của hệ thống khác ( trừ tầng thấp nhất trực tiếp sử dụng đường truyền vật lý để
truyền các xâu bít (0.1) từ hệ thống này sang hệ thống khác ).Dữ liệu được truyền từ
hệ thống gửi (sender) sang hệ thống nhận (receiver) bằng đường truyền vật lý và cứ
như vậy dữ liệu lại đi ngược lên các tầng trên. Như vậy khi hai hệ thống liên kết với
nhau, chỉ tầng thấp nhất mới có liên kết vật lý còn ở tầng cao hơn chỉ có liên kết
logic (liên kết ảo ) được đưa vào để hình thức hoá các hoạt động của mạng thuận
tiện cho việc thiết kế và cài đặt các phần mềm truyền thông. Như vậy để viết
chương trình cho tầng N, phải biết tầng N+1 cần gì và tầng N -1 có thể làm được gì.
Trần Ngọc Việt – CNT46 ĐH
5
Chương I. Cơ sở lý thuyết mạng máy tính
Minh họa kiến trúc phân tầng tổng quát
Nguyên tắc để xây dựng kiến trúc phân tầng như sau:
• Để đơn giản cần hạn chế số lượng các tầng.
• Tạo ranh giới các tầng sao cho các tương tác và mô tả các dịch vụ là tối
thiểu.
• Chia các tầng sao cho các chức năng khác nhau được tách biệt với nhau, và
các tầng sử dụng các loại công nghệ khác nhau cũng được tách biệt.
• Các chức năng giống nhau được đặt vào cùng một tầng.
• Chọn ranh giới các tầng theo kinh nghiệm đã được chứng tỏ là thành công.
• Các chức năng được định vị sao cho có thể thiết kế lại tầng mà ảnh hưởng ít
nhất đến các tầng kế nó.
• Tạo ranh giới giữa các tầng sao cho có thể chuẩn hóa giao diện tương ứng.
• Tạo một tầng khi dữ liệu được xử lý một cách khác biệt.
• Cho phép thay đổi chức năng hoặc giao thức trong một tầng không làm ảnh
hưởng đến các tầng khác.

• Mỗi tầng chỉ có các ranh giới (giao diện) với các tầng kề trên và kề dưới nó.
• Có thể chia một tầng thành các tầng con khi cần thiết.
• Tạo tầng con để cho phép giao diện với các tầng kế cận.
• Cho phép hủy bỏ các tầng con nếu thấy không cần thiết.
1.3 Mô hình OSI
1.3.1 Khái niệm
Do các nhà thiết kế tự do lựa chọn kiến trúc mạng riêng của mình. Từ đó dẫn đến
tình trạng không tương thích giữa các mạng về: Phương pháp truy nhập đường
truyền khác nhau, họ giao thức khác nhau. sự không tương thích đó làm trở ngại
Trần Ngọc Việt – CNT46 ĐH
6
Chương I. Cơ sở lý thuyết mạng máy tính
cho quá trình tương tác giữa người dùng ở các mạng khác nhau. Nhu cầu trao đổi
thông tin càng lớn thì trở ngại đó càng không thể chấp nhận được với người sử
dụng. Với lý do đó tổ chức chuẩn hoá quốc tế ISO đã thành lập một tiểu ban nhằm
xây dựng một khung chuẩn về kiến trúc mạng để làm căn cứ cho các nhà thiết kế và
chế tạo các sản phẩm mạng. Kết quả là năm 1984 ISO đã đưa ra mô hình tham
chiếu cho việc kết nối các hệ thống mở ( Reference Model for Open System Inter -
connection) hay gọn hơn là OSI Reference model. Mô hình này được dùng làm cơ
sở để kết nối các hệ thống mở.
Mô hình OSI
1.3.2 Mục đích
Mô hình OSI phân chia chức năng của một giao thức ra thành một chuỗi các tầng
cấp. Mỗi một tầng cấp có một đặc tính là nó chỉ sử dụng chức năng của tầng dưới
nó, đồng thời chỉ cho phép tầng trên sử dụng các chức năng của mình. Một hệ thống
cài đặt các giao thức bao gồm một chuỗi các tầng nói trên được gọi là "chồng giao
thức" (protocol stack). Chồng giao thức có thể được cài đặt trên phần cứng, hoặc
phần mềm, hoặc là tổ hợp của cả hai. Thông thường thì chỉ có những tầng thấp hơn
là được cài đặt trong phần cứng, còn những tầng khác được cài đặt trong phần mềm.
Trần Ngọc Việt – CNT46 ĐH

7
Chương I. Cơ sở lý thuyết mạng máy tính
Mô hình OSI này chỉ được ngành công nghiệp mạng và công nghệ thông tin tôn
trọng một cách tương đối. Tính năng chính của nó là quy định về giao diện giữa các
tầng cấp, tức qui định đặc tả về phương pháp các tầng liên lạc với nhau. Điều này
có nghĩa là cho dù các tầng cấp được soạn thảo và thiết kế bởi các nhà sản xuất,
hoặc công ty, khác nhau nhưng khi được lắp ráp lại, chúng sẽ làm việc một cách
dung hòa (với giả thiết là các đặc tả được thấu đáo một cách đúng đắn
Thường thì những phần thực thi của giao thức sẽ được sắp xếp theo tầng cấp, tương
tự như đặc tả của giao thức đề ra, song bên cạnh đó, có những trường hợp ngoại lệ,
còn được gọi là "đường cắt ngắn" (fast path). Trong kiến tạo "đường cắt ngắn", các
giao dịch thông dụng nhất, mà hệ thống cho phép, được cài đặt như một thành phần
đơn, trong đó tính năng của nhiều tầng được gộp lại làm một.
Việc phân chia hợp lý các chức năng của giao thức khiến việc suy xét về chức năng
và hoạt động của các chồng giao thức dễ dàng hơn, từ đó tạo điều kiện cho việc
thiết kế các chồng giao thức tỉ mỉ, chi tiết, song có độ tin cậy cao. Mỗi tầng cấp thi
hành và cung cấp các dịch vụ cho tầng ngay trên nó, đồng thời đòi hỏi dịch vụ của
tầng ngay dưới nó. Như đã nói ở trên, một thực thi bao gồm nhiều tầng cấp trong
mô hình OSI, thường được gọi là một "chồng giao thức".
1.4 Phương thức hoạt động
Ở mỗi tầng mô hình trong tầng ISO, có hai phương thức hoạt động chính được áp
dụng đó là: phương thức hoạt động có liên kết (connection-oriented) và không có
liên kết (connectionless).
Với phương thức có liên kết, trước khi truyền dữ liệu cần thiết phải thiết lập một
liên kết logic giữa các thực thể cùng tầng. Còn với phương thức không liên kết thì
không cần lập liên kết logic và mỗi đơn vị dữ liệu được truyền là độc lập với các
đơn vị dữ liệu trước hoặc sau nó.
1.4.1 Có kết nối (Connection Oriented)
Với phương thức có kết nối, quá trình truyền dữ liệu phải trải qua ba giai đoạn theo
thứ tự thời gian.

• Thiết lập kết nối: hai thực thể đồng mức ở hai hệ thống thương lượng với
nhau về tập các tham số sẽ được sử dụng trong giai đoạn sau.
• Truyền dữ liệu: dữ liệu được truyền với các cơ chế kiểm soát và quản lý.
Trần Ngọc Việt – CNT46 ĐH
8
Chương I. Cơ sở lý thuyết mạng máy tính
• Huỷ bỏ kết nối (logic): giải phóng các tài nguyên hệ thống đã cấp phát cho
liên kết để dùng cho các liên kết khác.
Tương ứng với ba giai đoạn trao đổi, ba thủ tục cơ bản được sử dụng, chẳng hạn đối
với tầng N có: N-CONNECT ( thiết lập liên kết ), N-DATA(Truyền dữ liệu ), và N-
DISCONNECT (Huỷ bỏ kết nối). Ngoài ra còn một số thủ tục phụ được sử dụng
tuỳ theo đặc điểm, chức năng của mỗi tầng. Ví dụ:
• Thủ tục N-RESTART được sử dụng để khởi động lại hệ thống ở tầng 3
• Thủ tục T-EXPEDITED DATA cho việc truyền dữ liệu nhanh ở tầng 4
• Thủ tục S-TOKEN GIVE để chuyển điều khiển ở tầng 5.
Mỗi thủ tục trên sẽ dùng các hàm nguyên thuỷ (Request, Indication, Response,
Confirm) để cấu thành các hàm cơ bản của giao thức ISO.
1.4.2 Không kết nối (Connectionless)
Đối với phương thức không kết nối thì chỉ có duy nhất một giai đoạn đó là: truyền
dữ liệu.
So sánh hai phương thức hoạt động trên chúng ta thấy rằng phương thức hoạt động
có kết nối cho phép truyền dữ liệu tin cậy, do đó có cơ chế kiểm soát và quản lý
chặt chẽ từng kết nối logic. Nhưng mặt khác nó phức tạp và khó cài đặt. Ngược lại,
phương thức không kết nối cho phép các PDU (Protocol Data Unit) được truyền
theo nhiều đường khác nhau để đi đến đích, thích nghi với sự thay đổi trạng thái của
mạng, song lại trả giá bởi sự khó khăn gặp phải khi tập hợp các PDU để di chuyển
tới người sử dụng.
Hai tầng kề nhau có thể không nhất thiết phải sử dụng cùng một phương thức hoạt
động mà có thể dùng hai phương thức khác nhau.
1.5 Bộ giao thức TCP/IP

Mô hình OSI là mô hình tham chiếu được tổ chức ISO xây dựng nhằm tạo một
chuẩn phục vụ việc nối kết các hệ thống mở. Tuy nhiên, do nhiều lý do khác nhau
mà OSI không được sử dụng trong thực tế mà thay vào đó được sử dụng rộng rãi
nhất là mô hình kiến trúc mạng (bộ giao thức) TCP/IP. Hầu như tất cả các hệ điều
Trần Ngọc Việt – CNT46 ĐH
9
Chương I. Cơ sở lý thuyết mạng máy tính
hành hiện tại đều có cài đặt bộ giao thức TCP/IP. Trong phần này sẽ giới thiệu sơ
lược về mô hình TCP/IP.
1.5.1 Khái niệm
Bộ giao thức TCP/IP, ngắn gọn là TCP/IP (tiếng Anh: Internet protocol suite hoặc IP
suite hoặc TCP/IP protocol suite - bộ giao thức liên mạng), là một bộ các giao thức
truyền thông cài đặt chồng giao thức mà Internet và hầu hết các mạng máy tính
thương mại đang chạy trên đó. Bộ giao thức này được đặt tên theo hai giao thức
chính của nó là TCP (Giao thức Điều khiển Giao vận) và IP (Giao thức Liên mạng).
Chúng cũng là hai giao thức đầu tiên được định nghĩa.
Như nhiều bộ giao thức khác, bộ giao thức TCP/IP có thể được coi là một tập hợp
các tầng, mỗi tầng giải quyết một tập các vấn đề có liên quan đến việc truyền dữ
liệu, và cung cấp cho các giao thức tầng cấp trên một dịch vụ được định nghĩa rõ
ràng dựa trên việc sử dụng các dịch vụ của các tầng thấp hơn. Về mặt lôgic, các
tầng trên gần với người dùng hơn và làm việc với dữ liệu trừu tượng hơn, chúng
dựa vào các giao thức tầng cấp dưới để biến đổi dữ liệu thành các dạng mà cuối
cùng có thể được truyền đi một cách vật lý.
1.5.2 Mục đích và nguồn gốc
Giao tiếp thông tin đã trở thành nhu cầu không thể thiếu trong tất cả mọi lĩnh vực
hoạt động. Mạng máy tính tính ra đời phần nào đã đáp ứng được nhu cầu đó. Phạm
vi lúc đầu của các mạng bị hạn chế trong một nhóm làm việc, một cơ quan, công
ty trong một khu vực. Tuy nhiên thực tế của của những nhu cầu cần trao đổi thông
tin trong nhiều lĩnh vực khác nhau, về nhiều chủ đề khác nhau, giữa các tổ chức,
các cơ quan. là không có giới hạn. Vì vậy nhu cầu cần kết nối các mạng khác nhau

của các tổ chức khác nhau để trao đổi thông tin là thực sự cần thiết. Nhưng thật
không may là hầu hết các mạng của các công ty, các cơ quan đều là các thực thể
độc lập, được thiết lập để phục vụ nhu cầu trao đổi thông tin của bản thân các tổ
chức đó. Các mạng này có thể được xây dựng từ những kĩ thuật phần cứng khác
nhau để phù hợp với những vấn đề giao tiếp thông tin của riêng họ. Điều này chính
là một cản trở cho việc xây dựng một mạng chung, bởi vì sẽ không có một kĩ thuật
phần cứng riêng nào đủ đáp ứng cho việc xây dựng một mạng chung thoả mãn nhu
cầu người sử dụng. Người sử dụng cần một mạng tốc độ cao để nối các máy, nhưng
Trần Ngọc Việt – CNT46 ĐH
10
Chương I. Cơ sở lý thuyết mạng máy tính
những mạng như vậy không thể được mở rộng trên những khoảng cách lớn. Nhu
cầu về một kỹ thuật mới mà có thể kết nối được nhiều mạng vật lý có cấu trúc khác
hẳn nhau là thật sự cần thiết. Nhận thức được điều đó, trong quá trình phát triển
mạng ARPANET của mình, tổ chức ARPA ( Advanced Research Projects Agency)
đã tập trung nghiên cứu nhằm đưa ra một kỹ thuật thoả mãn những yêu cầu trên. Kỹ
thuật ARPA bao gồm một thiết lập của các chuẩn mạng xác định rõ những chi tiết
của việc làm thế nào để các máy tính có thể truyền thông với nhau cũng như một sự
thiết lập các quy ước cho kết nối mạng, lưu thông và chọn đường. Kỹ thuật đó được
phát triển đầy đủ và được đưa ra với tên gọi chính xác là TCP/IP Iternet Protocol
Suit và thường được gọi tắt là TCP/IP. Dùng TCT/IP người ta có thể kết nối được tất
cả các mạng bên trong công ty của họ hoặc có thể kết nối giữa các mạng của các
công ty, các tổ chức khác nhau với nhau.
Bộ giao thức TCP/IP gồm nhiều giao thức được phần làm 4 tầng như sau:
Các tầng trong bộ giao thức TCP/IP
1.5.3 Đặc điểm
• Là bộ giao thức chuẩn mở và sẵn có, vì: nó không thuộc sở hữu của bất cứ
một tổ chức nào; các đặc tả thì sẵn có và rộng rãi. Vì vậy bất kì ai cũng có
thể xây dựng phần mềm truyền thông qua mạng máy tính dựa trên nó.
• TCP/IP độc lập với phần cứng mạng vật lý, điều này cho phép TCP/IP có thể

được dùng để kết nối nhiều loại mạng có kiến trúc vật lý khác nhau như:
Trần Ngọc Việt – CNT46 ĐH
11
Chương I. Cơ sở lý thuyết mạng máy tính
Ethernet, Tokenring, FDDI, X25, ATM (Trong phạm vi đề tài ta chỉ xét tới
Ethernet).
• TCP/IP dùng địa chỉ IP để định danh các host trên mạng tạo ra một mạng ảo
thống nhất khi kết nối mạng.
• Các giao thức lớp cao được chuẩn hoá thích hợp và sẵn có với người dùng.
1.6 So sánh TCP/IP và OSI
Do nhiều nguyên nhân như lịch sử, chi phí… nên bộ giao thức TCP/IP đã được sử
dụng rất lâu trước khi mô hình OSI ra đời. Cũng do vậy nên mô hình OSI không
được sử dung rộng rãi trong thực tế mà là mô hình học thuật dùng để so sánh với
mô hình thực tế là TCP/IP. Hai cái có liên quan ít nhiều, song không phải là hoàn
toàn giống nhau. Điểm khác biệt đầu tiên dễ thấy nhất là số lượng của các tầng cấp.
Trong khi bộ giao thức TCP/IP có 4 (hoặc 5 tầng) thì mô hình OSI có tới 7 tầng với
sự khác biệt là 2 tầng mới: tầng phiên và tầng trình diễn. Nhiều so sánh đã gộp 2
tầng này vào tầng ứng dụng trong bộ giao thức TCP/IP. Hình vẽ sau đây so sánh các
tầng tương ứng lẫn nhau giữa OSI và TCP/IP:
Tương ứng các tầng giữa TCP/IP và OSI
Trần Ngọc Việt – CNT46 ĐH
12
Chương I. Cơ sở lý thuyết mạng máy tính
• Trong khi mô hình OSI nhấn mạnh độ tin cậy được cung cấp trong dịch vụ
chuyển dữ liệu thì đối với TCP/IP coi độ tin cậy nằm trong vấn đề end to
end.
• Trong mô hình OSI tất cả mọi tầng đều có phát hiện và kiểm tra lỗi, tầng
giao vận chỉ làm nhiệm vụ kiểm tra độ tin cậy của source – to – destination.
Còn đối với bộ giao thức TCP/IP tầng giao vận làm mọi nhiệm vụ kiểm tra
phát hiện và sửa lỗi.

• Mô hình OSI được xây dựng trước khi các giao thức của nó được xây dựng,
do vậy nó có tính tổng quát cao và có thể được dùng đẻ mô tả các mô hình
khác. Ngược lại, bộ giao thức TCP/IP chỉ là một mô hình để nhóm và miêu tả
những giao thức sẵn có trong thực tế. Vì vậy bộ giao thức TCP/IP được sử
dụng rộng rãi trong thực tế trong khi mô hình OSI lại phù hợp với mục đích
học tập và giảng dạy.
2 Bộ giao thức TCP/IP – Các giao thức và khuôn dạng dữ liệu chính
2.1 Cấu trúc phân tầng của TCP/IP
Như ta đã nói ở phần trên, TCP/IP là mô hình mở để kết nối mạng, Do vậy, nó cũng
được thiết kế theo kiến trúc phân tầng tương tự như mô hình OSI. Bộ giao thức
TCP/IP được thiết kế gồm 4 tầng được mô tả theo hình dưới:
Trần Ngọc Việt – CNT46 ĐH
13
Chương I. Cơ sở lý thuyết mạng máy tính
Bộ giao thức TCP/IP
2.2 Đóng gói dữ liệu trong TCP/IP
Bộ giao thức TCP/IP dùng sự đóng gói dữ liệu nhằm trừu tượng hóa các giao thức
và dịch vụ, nói cách khác là các giao thức ở tầng cao hơn sử dụng các giao thức ở
tầng thấp hơn nhằm đạt được mục đích của mình bằng cách đóng gói dữ liệu giống
như ở ví dụ trong hình sau:
Những tầng trên đỉnh gần với người sử dụng hơn, những tầng thấp nhất gần với
thiết bị truyền thông hơn. Trong mỗi tầng là một nhóm nhiều giao thức, trong đó có
một giao thức để phục vụ tầng trên của nó và một giao thức sử dụng dịch vụ của
Trần Ngọc Việt – CNT46 ĐH
14
Chương I. Cơ sở lý thuyết mạng máy tính
tầng dưới của nó (ngoại trừ tầng đỉnh và tầng đáy). Bảng sau liệt kê một số giao
thức của các tầng:
Tầng Giao Thức
Application

DNS, TFTP, TLS/SSL, FTP, Gopher, HTTP, IMAP, IRC, NNTP,
POP3, SIP, SMTP,SMPP, SNMP, SSH, Telnet, Echo, RTP,
PNRP, rlogin, ENRP
Transport TCP, UDP, DCCP, SCTP, IL, RUDP, RSVP
Internet IP (IPv4, IPv6), ICMP, IGMP, ICMPv6
Link ARP, RARP, OSPF (IPv4/IPv6), IS-IS, NDP
Một số giao thức trên các tầng của TCP/IP
2.3 Sơ lược chức năng các tầng
2.3.1 Tầng ứng dụng (Application Layer)
Đây là tầng cao nhất trong cấu trúc phân lớp của TCP/IP. Tầng này bao gồm tất cả
các chuơng trình ứng dụng sử dụng các dịch vụ sẵn có thông qua một chồng giao
thức TCP/IP. Các chương trình ứng dụng tương tác với một trong các giao thức của
tầng giao vận để truyền hoặc nhận dữ liệu. Mỗi chương trình ứng dụng lựa chọn
một kiểu giao thức thích hợp cho công việc của nó. Chương trình ứng dụng chuyển
dữ liệu theo mẫu mà tầng giao vận yêu cầu.
2.3.2 Tầng giao vận (Transport Layer)
Nhiệm vụ trước tiên của tầng giao vận là cung cấp sự giao tiếp thông tin giữa các
chương trình ứng dụng. Mỗi sự giao tiếp được gọi là end-to-end. Tầng giao vận
cũng có thể điều chỉnh lưu lượng luồng thông tin. Nó cũng cung cấp một sự vận
chuyển tin cậy, đảm bảo rằng dữ liệu đến mà không bị lỗi. Để làm như vậy, phần
mềm giao thức hỗ trợ để bên nhận có thể gửi lại các thông báo xác nhận về việc thu
dữ liệu và bên gửi có thể truyền lại các gói tin bị mất hoặc bị lỗi. Phần mềm giao
thức chia dòng dữ liệu ra thành những đơn vị dữ liệu nhỏ hơn (thường được gọi là
các Packets) và chuyển mỗi packet cùng với địa chỉ đích tới tầng tiếp theo để tiếp
tục quá trình truyền dẫn.
2.3.3 Tầng Internet (Internet Layer)
Tầng mạng xử lý giao tiếp thông tin từ một máy này tới một máy khác. Nó chấp
nhận một yêu cầu để gửi một gói từ từ tầng giao vận cùng với một định danh của
máy đích mà gói tin sẽ được gửi tới. Ví dụ với giao thức TCP hay UDP của tầng
Trần Ngọc Việt – CNT46 ĐH

15
Chương I. Cơ sở lý thuyết mạng máy tính
giao vận, nó sẽ bọc gói tin trong một IP Datagram, điền đầy vào trong phần header,
sử dụng giải thuật chọn đường để quyết định là giao phát gói tin trực tiếp hay là gửi
nó tới một Router, và chuyển datagram tới giao diện phối ghép mạng thích hợp cho
việc truyền dẫn.tầng mạng cũng xử lý các Datagram đến, kiểm tra tính hợp lệ của
chúng, và sử dụng giải thuật chọn đường đẻ quyết định là datagram sẽ được xử lý
cục bộ hay là sẽ được chuyển đi tiếp. Đối với các datagrams có địa chỉ đích cục bộ,
thì phần mềm tầng mạng sẽ xoá phần header của các datagram đó, và chọn trong số
các giao thức tầng giao vận một giao thức thích hợp để xử lý packet.
2.3.4 Tầng liên kết (Link Layer)
Là tầng thấp nhất của bộ giao thức TCP/IP, chịu trách nhiệm về việc chấp nhận các
datagram của tầng trên (ví dụ IP datagram) và việc truyền phát chúng trên một
mạng xác định. Theo quan điểm hiện nay mô hình TCP/IP không còn bao gồm các
đặc tả vật lý, nói cách khác tầng liên kết cũng không còn bao gồm vấn đề về phần
cứng hay việc truyền tín hiệu vật lý nữa.
2.4 Các giao thức chính và khuôn dạng dữ liệu tương ứng
Trong phần này ta sẽ xem xét các giao thức cũng như khuôn dạng dữ liệu chính của
bộ giao thức TCP/IP. Để dễ phân biệt ta sẽ xem xét đối với từng tầng của TCP/IP
theo thứ tự từ dưới lên trên.
2.4.1 Ethernet
Là giao thức nằm trong tầng liên kết hay là một chuẩn công nghệ dành cho mạng
cục bộ (LAN) được quy định trong IEEE 802.3. Nó là một giao thức nằm trong tầng
liên kết của bộ giao thức TCP/IP hay tương ứng là tầng liên kết dữ liệu trong mô
hình OSI. Hiện nay nó đang được sử dụng rất rộng rãi so với các giao thức khác
như FDDI, Token Ring…Ethernet được dùng để gửi những khối dữ liệu giữa điểm
nguồn và điểm đích được xác định dựa vào địa chỉ MAC (Media Access Control).
Đặc điểm của giao thức Ethernet
Cấu trúc của một đơn vị dữ liệu trong giao thức Ethernet (gọi là Ethernet frame) có
cấu trúc như sau: (đơn vị tính theo byte).

PRE SOF DA SA Length/Type Data Payload FCS
7 1 6 6 2 46-1500 4
Ethernet frame
Trần Ngọc Việt – CNT46 ĐH
16
Chương I. Cơ sở lý thuyết mạng máy tính
Header
o Preamble (PRE): Phần mở đầu gồm 7 byte và không được tính
vào kích thước của Ethernet. Tất cả các byte trong phần mở
đầu này đều có giá trị 10101010 và nó được dùng để đồng bộ
đồng hồ giữa nơi nhận và gửi frame.
o SOF (Start frame delimiter) gồm 1 byte và không được tính
vào kích thước của Ethernet. Byte này có giá trị 101010111 và
được sử dụng để đánh dấu bắt đầu của một frame. Đối với
những hệ thống Ethernet hiện nay hoạt động ở tốc độ 100
Mbps hoặc 1000Mbps không còn cần tới PRE và SOF.
o DA (Destination Address) có độ dài 6 byte là địa chỉ nơi MAC
của Ethernet card nơi đến. Ở chế độ hoạt động bình thường
Ethernet chỉ tiếp nhấn những frame có địa chỉ nơi đến trùng
với địa chỉ (duy nhất) của nó hoặc địa chỉ nơi đến thể hiện một
thông điệp quảng bá. Tuy nhiên hầu hết các Ethernet card hiện
nay đều có thể được đặt ở chế độ đa hỗn tạp (promiscuous
mode) và khi đó nó sẽ nhận tất cả các frame xuất hiện trong
mạng LAN.
o SA (Source Addresss) có độ dài 6 byte là địa chỉ MAC của
card nguồn.
o Length/Type (Độ dài/Loại) 2 byte chỉ ra độ dài (đối với IEEE
802.3 MAC frame) và loại của Ethernet frame chỉ giao thức
của tầng cao hơn (đối với DIX Ethernet.(DEC- Intel – Xerox)
– phổ biến hơn). Ví dụ như với DIX Ethernet frame có giao

thức tầng trên là IP thì 2 byte này sẽ có giá trị là 0800h và ARP
là 0806h.
• Data Payload: Phần thông tin dữ liệu có độ dài từ 46 tới 1500 byte.
• Trailer (FCS - Frame Check Sequence): 32 bit sửa lỗi CRC.
Trần Ngọc Việt – CNT46 ĐH
17
Chương I. Cơ sở lý thuyết mạng máy tính
Ethernet sử dụng phương thức truy nhập đường truyền CSMA/CD, do vậy những
frame lỗi do xảy ra xung đột (collision) trên đường truyền là không thể tránh khỏi.
Tuy nhiên, nếu như tỉ lệ những frame lỗi vượt quá một mức nào đó (ví dụ như 1%
tổng số frame) có nghĩa là hệ thống mạng đã có vấn đề. Những Ethernet frame lỗi
bao gồm:
• Frame có độ lớn nhỏ hơn 64 byte. (normal collision – xảy ra khá phổ biến).
• Frame có độ lớn lớn hơn 1518 byte.
• Frame có độ lớn phù hợp nhưng có phần CRC bị sai lệch (late collision – nếu
có nhiều frame dạng này tức là hệ thống mạng đang gặp vấn đề nghiêm
trọng).
2.4.2 ARP (address resolution protocol)
Giao thức phân giải địa chỉ ARP là phương pháp tìm địa chỉ tầng liên kết (hay địa
chỉ vật lý) khi biết địa chỉ tầng Internet (IP) hoặc một vài kiểu địa chỉ tầng mạng
khác. ARP được sử dung không chỉ để chuyển đổi địa chỉ đối với IP và Ethernet mà
nó được cài đặt để làm việc với nhiều loại địa chỉ của các tầng các loại mạng khác
nhau. Tuy nhiên, do sự phổ biến của IPv4 và Ethernet nên ARP chủ yếu được dùng
để chuyển đổi từ địa chỉ IP thành địa chỉ MAC. Nó cũng được sử dụng đối với IP
dựa trên các công nghệ LAN khác Ethernet như FDDI, Token Ring, IEEE 802.11
hay ATM.
Trong thực tế, khi truyền thông với máy chủ thay vì truy vấn địa chỉ vật lý của máy
chủ, giao thức ARP sẽ sử dụng bộ đệm ARP (ARP cache). Bộ đệm lưu trữ các địa
chỉ IP gần nhất đã được phân giải. Nếu địa chỉ MAC của địa chỉ IP đích được tìm
thấy trong bộ đệm thì địa chỉ này sẽ được sử dụng để truyền thông.

Cấu trúc của một đơn vị dữ liệu giao thức ARP như sau:
Bit
offset
0 – 7 8 – 15 16 – 32
0 Hardware type (HTYPE) Protocol type (PTYPE)
32 Hardware length (HLEN)
Protocol length
(PLEN)
Operation
(OPER)
64 Sender hardware address (SHA)
96 Sender hardware address (SHA) Sender protocol address (SPA)
128 Sender protocol address (SPA) Target hardware address (THA)
160 Target hardware address (THA)
Trần Ngọc Việt – CNT46 ĐH
18
Chương I. Cơ sở lý thuyết mạng máy tính
192 Target protocol address (TPA)

Cấu trúc một đơn vị dữ liệu ARP
• Hardware type (HTYPE) Mỗi giao thức tầng liên kết (link layer) sẽ được
gán một số để phân biệt (ví dụ như Ethernet là 1)
• Protocol type (PTYPE) Dùng để phân biệt giao thức tầng Internet, ví dụ như
với IP là 0x0800.
• Hardware length (HLEN) Độ dài tính theo byte của địa chỉ vật lý. Đối với
Ethernet giá trị này là 6.
• Protocol length (PLEN) Độ dài tính theo byte của địa chỉ logic. Đối với IP
giá trị này là 4
• Operation Xác định hành động mà bên gửi gói tin đang thực hiện: 1 cho
request, 2 cho reply, 3 cho RARP request và 4 cho RARP reply.

• Sender hardware address (SHA) Địa chỉ vật lý của trạm gửi.
• Sender protocol address (SPA) Địa chỉ logic của trạm gửi (ví dụ như địa chỉ
IP).
• Target hardware address (THA) Địa chỉ vật lý của trạm đích. Trường này
được để trống đối với gói tin request.
• Target protocol address (TPA) Địa chỉ logic của trạm đích.
2.4.3 RARP (reserve address resolution protocol)
Là giao thức ngược lại so với ARP, tìm địa chỉ logic khi biết địa chỉ vật lý. Cấu trúc
của một đơn vị dữ liệu của giao thức RARP hoàn toàn tương tự như ARP, ngoại trừ
trường Operation. Đối với gói dữ liệu ARP thì Operation có giá trị 1 nếu là request,
2 nếu reply. Đối với gói dữ liệu RARP thì Operation có giá trị 3 nếu là request và 4
nếu là reply.
Trần Ngọc Việt – CNT46 ĐH
19
Chương I. Cơ sở lý thuyết mạng máy tính
2.4.4 IP (internet protocol)
Giao thức liên mạng IP hạt nhân của bộ giao thức TCP/IP. Trong phạm vi đề tài
chúng ta chỉ xét tới IP phiên bản 4 (IPv4). IP là một giao thức hướng dữ liệu được
sử dụng trong mạng chuyển mạch gói (ví dụ như Ethernet). IP là một giao thức hoạt
động theo phương thức không liên kết (connectionless) và không đảm bảo truyền
(không có sự trao đổi thông tin điều khiển). Vai trò của IP tương tự như vài trò của
giao thức tầng mạng (network layer) trong mô hình OSI với các chức năng như sau:
• Xác định lược đồ địa chỉ Internet.
• Di chuyển dữ liệu giữa tầng giao vận và tầng liên kết.
• Dẫn đường cho các đơn vị dữ liệu tới các trạm ở xa.
• Thực hiện việc cắt và hợp các đơn vị dữ liệu.
Giao thức IP sẽ bổ sung phần header vào trước segment được gửi từ tầng giao vận
xuống và đơn vị dữ liệu này trong bộ giao thức TCP/IP được gọi là IP packet như
hình sau:
Đơn vị dữ liệu của giao thức IP có cấu trúc như sau:

Bit offset 0–3 4–7 8–15 16–18 19–31
0 Version
Header
length
Differentiated
Services
Total Length
32 Identification Flags Fragment Offset
64 Time to Live Protocol Header Checksum
96 Source Address
128 Destination Address
160 Options + Padding
160 /192+ Data (max 65535 bytes)

Cấu trúc đơn vị dữ liệu IP
Trần Ngọc Việt – CNT46 ĐH
20
Chương I. Cơ sở lý thuyết mạng máy tính
Trong đó phần header bao gồm các thành phần:
• Version: chỉ ra phiên bản hiện hành của IP được cài đặt (có giá trị là 4 đối
với IPv4).
• Internet Header Length (IHL) Chỉ độ dài phần đầu của IP packet, tính
theo đơn vị từ (word = 32 bit). Độ dài tối thiểu là 5 từ (20 byte).
Differentiated Services (DS): Trước đây còn gọi là Type of Services đặc tả các tham
số dịch vụ, có dạng cụ thể như sau:
Với ý nghĩa các bit cụ thể:
• Precedebce (3 bit): quyền ưu tiên cụ thể là 111 - Network Control, 110 -
Internetwork Control, 101 - CRITIC/ECP, 100 - Flash Override, 011 - Flash,
010 - Immediate, 001 - Priority, 000 – Routine.
• D (Delay) (1 bit): chỉ độ trễ yêu cầu D = 0 nếu độ trễ bình thường, 1 nếu độ

trễ thấp.
• T (Throughput) (1 bit): chỉ thông lượng yêu cầu T = 0 thông lượng bình
thường, 1 nếu thông lượng cao.
• R (Reliability) (1bit) chỉ độ tin cậy yêu cầu R = 0 độ tin cậy bình thường, 1
nếu độ tin cậy cao.
• C (Cost) (1bit) chỉ hao phí C = 0 normal cost, 1 nếu minimize cost.
• Reserved (1bit) để dành.
Trần Ngọc Việt – CNT46 ĐH
bit 0 – 2 3 5 5 6 7
Precedenc
e
D T R C Reserve
d
21
Chương I. Cơ sở lý thuyết mạng máy tính
• Total Length trường 16 bit chỉ độ dài toàn bộ datagram bao gồm cả phần
header và phần data tính theo byte và có giá trị lớn nhất là 65535 và giá trị
nhỏ nhất là 20 byte.
• Identification (16 bit) định danh duy nhất cho 1 datagram khi nó vẫn còn trên
liên mạng.
• Flags (3 bit) điều khiển sự phân mảnh. Theo thứ tự từ bit cao xuống bit thấp
như sau:
o Reserved: có giá trị 0.
o DF: 0 (May Fragment); 1 (Don’t Fragment).
o MF: 0 (Last Fragment); 1 (More Fragment).
• Fragment Offset chỉ vị trí của đoạn (fragment) trong datagram tính theo đơn
vị 64 bit, có nghĩa mỗi đoạn (trừ đoạn cuối cùng) phải chứa một vùng dữ liệu
có độ dài là bội số của 64 bit.
• Time To Live (TTL) (8 bit): quy định thời gian tồn tại (tính bằng giây) của
datagram trong liên mạng để tránh tình trạng một datagram bị lặp vô hạn trên

liên mạng. Thời gian này được cho bởi trạm gửi và được giảm đi (thường
quy ước là 1 đơn vị) khi datagram đi qua mỗi router của liên mạng.
• Protocol (8 bit): chỉ ra giao thức tầng trên kế tiếp sẽ nhận vùng dữ liệu ở
trạm đích (hiện tại thường là TCP hoặc UDP được cài đặt trên IP).
• Header Checksum (16 bit): mã kiểm soát lỗi 16 bit theo phương pháp CRS,
chỉ dành cho phần header.
• Source address (32 bit): địa chỉ trạm nguồn.
• Destination address (16 bit): địa chỉ trạm đích.
• Options (độ dài thay đổi): khai báo các lựa chọn do người dùng yêu cầu (tùy
theo từng chương trình).
Trần Ngọc Việt – CNT46 ĐH
22
Chương I. Cơ sở lý thuyết mạng máy tính
• Padding (độ dài thay đổi): vùng đệm được dùng để đảm bảo cho phần header
luôn kết thúc ở một mốc 32 bits.
• Data (độ dài thay đổi): vùng dữ liệu có độ dài là bội số của 8 bit và tối đa là
65535 byte.
2.4.5 ICMP (internet control message protocol)
Giao thức ICMP cung cấp cơ chế thông báo lỗi và các tình huống không mong
muốn cũng như điều khiển các thông báo trong bộ giao thức TCP/IP. Giao thức này
được tạo ra để thông báo các lỗi dẫn đường cho trạm nguồn. ICMP phụ thuộc vào
IP để có thể hoạt động và là một phần không thể thiếu của bộ giao thức TCP/IP, tuy
nhiên nó không phải giao thức dùng để truyền tải dữ liệu nên thường được coi nằm
trong tầng Internet (Internet layer) mà không phải là tầng giao vận (transport layer).
Chức năng của ICMP như sau:
• Cung cấp thông báo phản hồi và trả lời để kiểm tra độ tin cậy của kết nối giữ
hai trạm. Điều này được thiết lập bởi câu lệnh PING (Packet internet
gropher).
• Địch hướng lại lưu lượng để cung cấp việc dẫn đường hiệu quả hơn khi một
bộ dẫn đường quá tải dõ lưu lượng qua nó quá lớn.

• Gửi thông báo về thời gian quá khi datagram của trạm nguồn đã vượt quá
TTL và bị loại bỏ.
• Gửi quảng cáo dẫn đường để xác định địa chỉ của các bộ dẫn đường trên
đoạn mạng.
• Cung cấp các thông báo quá hạn thời gian.
Xác định subnet mask nào được sử dụng trên đoạn mạng.
Dữ liệu của gói ICMP sẽ được đóng gói bởi giao thức IP và Ethernet như trong hình
vẽ sau:
Trần Ngọc Việt – CNT46 ĐH
23
Chương I. Cơ sở lý thuyết mạng máy tính
Đơn vị dữ liệu của ICMP bao gồm 2 phần: Header và Data. Phần Data trong
Window có độ lớn là 32 và theo ngay sau phần Header. Header được bắt đầu sau bit
thứ 160 của gói tin IP (trừ khi phần IP Option được sử dụng) có cấu trúc như sau:
Trong đó:
Type (8 bit): Loại gói tin ICMP.
Code (8 bit): Chi tiết về các đặc điểm của gói tin ICMP.
• Checksum( 16 bit) Mã sửa lỗi CRC.
• ID & Sequence (32 bit): Có giá trị trong trường hợp ICMP Echo Request và
Echo Reply.
2.4.6 TCP (Transmission Control Protocol)
Giao thức điều khiển truyền TCP là một giao thức hoạt động theo phương thức có
liên kết (connection – oriented). Trong bộ giao thức TCP/IP, nó là giao thức trung
gian giữa IP và một ứng dụng phía trên, đảm bảo dữ liệu được trao đổi một cách tin
cậy và đúng thứ tự. Các ứng dụng sẽ gửi các dòng gồm các byte 8 bit tới TCP để
gửi qua mạng. TCP sẽ phân chia các dòng này thành các đoạn (segment) có kích
thước thích hợp (thường dựa theo kích thước của đơn vị truyền dẫn tối đa MTU của
tầng liên kết của mạng mà máy tính đang nằm trong đó. Sau đó TCP chuyển các gói
Trần Ngọc Việt – CNT46 ĐH
bit

160 –
167
168 –
175
176 –
183
184 – 191
16
0
Type Code Checksum
192 ID Sequence
24
Chương I. Cơ sở lý thuyết mạng máy tính
tin thu được tới IP để thực hiện chuyển nó qua liên mạng tới modul TCP tại máy
tính đích. Trong quá trình này, nó sẽ có cơ chế bắt tay, điều khiển truyền, đánh số
thứ tự và sửa lỗi để việc truyền dẫn diễn ra đúng đắn và chính xác.
Đơn vị dữ liệu của TCP được gọi là segment (đoạn dữ liệu) bao gồm 2 phần:
Header và Data, được miêu tả dưới hình sau:
Bit 0 – 3 4 – 9 10 – 15 16 – 31
0 Source Port Destination Port
32 Sequence Number
64 Acknowledgement Number
96 Data Offset Reserved Flags Window
128 Checksum Urgent Pointer
160 Options + Padding
160/192+ Data
Cấu trúc đơn vị dữ liệu TCP
Trong đó:
• Source port (16 bit): Số hiệu của cổng của trạm nguồn
• Destination port (16 bit): Số hiệu của cổng của trạm đích.

• Sequence number (32 bit): Trường này có 2 nhiệm vụ. Nếu cờ SYN bật thì
nó là số hiệu tuần tự khởi đầu (ISN) và byte dữ liệu đầu tiên là ISN + 1. Nếu
không có cờ SYN thì đây là số hiệu byte đầu tiên của segment.
• Acknowledgement number (32 bit): Số hiệu của segment tiếp theo mà trạm
nguồn đang chờ để nhận. Ngầm ý báo nhận tốt (các) segment mà trạm đích
đã gửi cho trạm nguồn.
• Data offset (4 bit): Qui định độ dài của phần header (tính theo đơn vị từ 32
bit). Phần header có độ dài tối thiểu là 5 từ (160 bit) và tối đa là 15 từ (480
bit).
• Reserved (6 bit): Dành cho tương lai và có giá trị là 0.
• Flags (hay Control bits): Bao gồm 6 cờ từ trái sang phải như sau:
Trần Ngọc Việt – CNT46 ĐH
25