Mô hình TCP/IP gồm mấy tầng và mỗi tầng chịu trách nhiệm việc gì? Mô hình TCP/IP là bộ khung bốn tầng gồm Network Access, Internet, Transport và Application, mô tả cách dữ liệu được đóng gói, đánh địa chỉ và truyền đi giữa hai máy trên Internet. Manginternet giúp bạn hiểu đúng thứ tự bốn tầng còn giúp bạn khoanh vùng lỗi mạng theo một logic rõ ràng thay vì thử sai từng thứ một.
Mô hình TCP/IP là gì và vì sao đây mới là mô hình chạy thật
Mô hình TCP/IP là kiến trúc phân tầng của bộ giao thức Internet, chia toàn bộ quá trình truyền dữ liệu thành bốn tầng, mỗi tầng chỉ giải quyết một nhóm việc rồi bàn giao phần còn lại cho tầng kế tiếp. Cách chia này giúp một tầng có thể thay đổi công nghệ bên trong mà không buộc các tầng còn lại phải viết lại.
Bộ giao thức này khởi nguồn từ các dự án nghiên cứu của DARPA thuộc Bộ Quốc phòng Mỹ trong thập niên 1970, gắn với công trình của Robert E. Kahn và Vinton Cerf, sau đó trở thành nền tảng kỹ thuật của Internet. Điểm khác biệt đáng chú ý so với mô hình OSI là thứ tự phát triển: các giao thức có trước, mô hình được mô tả sau để phản ánh những gì đã chạy được, chứ không phải một bản thiết kế lý thuyết đưa ra trước rồi mới đi tìm cách hiện thực hóa.
Vì vậy khi bạn mở một trang web, gọi video hay đồng bộ dữ liệu lên đám mây, thứ đang thực sự hoạt động trên đường truyền là các giao thức thuộc bộ TCP/IP. Mô hình OSI vẫn hữu ích, nhưng vai trò chính của nó là ngôn ngữ chung để mô tả và giảng dạy.
TCP/IP là cả một bộ giao thức, không chỉ có TCP và IP
Tên gọi TCP/IP lấy theo hai giao thức nổi bật nhất, nhưng bộ giao thức này còn nhiều thành phần khác cùng làm việc: UDP ở tầng vận chuyển, ICMP và ARP hỗ trợ tầng dưới, DNS, HTTP, HTTPS, SMTP ở tầng ứng dụng. Hiểu nhầm TCP/IP chỉ gồm đúng hai giao thức là lý do nhiều người bối rối khi thấy một cuộc gọi video vẫn chạy ngon dù không dùng TCP.
Bốn tầng trong mô hình TCP/IP và nhiệm vụ thật của từng tầng
Bốn tầng chia việc theo thứ tự từ dưới lên: Network Access lo đường truyền vật lý, Internet lo địa chỉ và định tuyến, Transport lo độ tin cậy cùng cổng dịch vụ, Application lo phần dữ liệu mà người dùng thực sự nhìn thấy.
| Tầng | Nhiệm vụ chính | Giao thức tiêu biểu | Đơn vị dữ liệu | Thiết bị liên quan |
|---|---|---|---|---|
| Application (tầng 4) | Tạo và diễn giải dữ liệu cho ứng dụng của người dùng | HTTP, HTTPS, DNS, SMTP, FTP | Data | Trình duyệt, ứng dụng, máy chủ dịch vụ |
| Transport (tầng 3) | Chia nhỏ dữ liệu, gắn cổng dịch vụ, kiểm soát luồng và độ tin cậy | TCP, UDP | Segment với TCP, datagram với UDP | Hệ điều hành, tường lửa lọc theo cổng |
| Internet (tầng 2) | Đánh địa chỉ logic và định tuyến gói tin qua nhiều mạng | IPv4, IPv6, ICMP | Packet | Router, modem router tại nhà |
| Network Access (tầng 1) | Đóng khung dữ liệu và đưa tín hiệu lên môi trường truyền | Ethernet, ARP, chuẩn Wi-Fi 802.11 | Frame và bit | Switch, card mạng, dây mạng, sóng Wi-Fi |
Tầng Network Access: nơi dữ liệu biến thành tín hiệu
Tầng thấp nhất chịu trách nhiệm đưa dữ liệu ra khỏi thiết bị và truyền tới thiết bị kế tiếp trong cùng một đoạn mạng. Gói tin được đóng thành frame, gắn địa chỉ MAC của thiết bị nguồn và thiết bị đích trong cùng mạng, rồi chuyển thành tín hiệu điện, tín hiệu quang hoặc sóng vô tuyến. Đây cũng là tầng mà phần lớn sự cố mạng gia đình bắt đầu, vì nó phụ thuộc trực tiếp vào dây, đầu bấm, cổng cắm và chất lượng sóng.
Tầng Internet: đánh địa chỉ và tìm đường
Tầng Internet trả lời câu hỏi gói tin cần đi đâu và đi bằng đường nào. IP gắn địa chỉ nguồn và địa chỉ đích cho từng packet, còn router dựa vào bảng định tuyến để quyết định chặng kế tiếp. ICMP làm nhiệm vụ báo lỗi và kiểm tra kết nối, và đó chính là giao thức đứng sau lệnh ping quen thuộc. Cần lưu ý rằng tầng này không cam kết gói tin sẽ tới nơi, nó chỉ cố gắng chuyển đi theo đường tốt nhất mà nó biết.
Tầng Transport: chọn giữa chắc chắn và nhanh
Tầng Transport quyết định dữ liệu được truyền theo kiểu đảm bảo hay theo kiểu ưu tiên tốc độ. TCP thiết lập kết nối, đánh số thứ tự, xác nhận và truyền lại phần bị mất, phù hợp với web, email, tải tệp. UDP bỏ qua phần xác nhận nên nhẹ và nhanh hơn, phù hợp với gọi thoại, gọi video, phát trực tiếp và nhiều trò chơi trực tuyến. Tầng này cũng gắn số cổng để một máy chạy nhiều dịch vụ cùng lúc mà dữ liệu không bị lẫn.
Tầng Application: phần người dùng nhìn thấy
Tầng trên cùng là nơi các dịch vụ quen thuộc làm việc: trình duyệt nói chuyện với máy chủ web qua HTTP hoặc HTTPS, ứng dụng thư dùng SMTP, hệ thống phân giải tên miền dùng DNS. Ở cách phân tầng bốn lớp, tầng này gom cả phần định dạng dữ liệu và phần quản lý phiên làm việc, những thứ mà mô hình OSI tách thành hai tầng riêng.
Vì sao mỗi tài liệu lại gọi tên các tầng một kiểu khác nhau
Khác biệt về tên gọi đến từ việc có ít nhất ba cách trình bày cùng một kiến trúc, chứ không phải vì tài liệu nào sai. Theo RFC 1122 do IETF công bố tháng 10 năm 1989, bản đặc tả yêu cầu dành cho máy chủ Internet chia thành link layer, IP layer và transport layer, còn tầng ứng dụng được tách sang tài liệu đi kèm là RFC 1123.
| Cách trình bày | Số tầng | Tên các tầng | Hay gặp ở đâu |
|---|---|---|---|
| Theo đặc tả RFC 1122 | 4 | Link, Internet, Transport, Application | Tài liệu chuẩn, văn bản kỹ thuật tiếng Anh |
| Cách gọi phổ biến trong đào tạo | 4 | Network Access, Internet, Transport, Application | Giáo trình mạng, tài liệu luyện chứng chỉ |
| Biến thể năm tầng | 5 | Physical, Data Link, Internet, Transport, Application | Giáo trình đại học đối chiếu với mô hình OSI |
Cách xử lý an toàn khi ôn thi là bám đúng cách gọi của tài liệu đang học, vì đề thi thường theo giáo trình chứ không theo bản đặc tả gốc. Khi làm việc thực tế thì tên tầng ít quan trọng hơn nhiều so với việc biết tầng nào đang xử lý địa chỉ MAC, tầng nào đang xử lý địa chỉ IP và tầng nào đang xử lý số cổng.
Một gói tin đi qua bốn tầng theo trình tự nào?
Dữ liệu đi từ trên xuống ở máy gửi và từ dưới lên ở máy nhận, mỗi tầng bổ sung phần thông tin điều khiển của riêng nó trước khi chuyển tiếp, quá trình này gọi là đóng gói dữ liệu. Với một thao tác mở trang web, trình tự diễn ra như sau:
- Tầng Application tạo nội dung cần gửi, ví dụ một yêu cầu HTTP xin nội dung trang.
- Tầng Transport cắt nội dung thành các segment, gắn cổng nguồn và cổng đích, chọn TCP nếu cần đảm bảo đủ dữ liệu.
- Tầng Internet bọc mỗi segment thành packet, gắn địa chỉ IP nguồn và IP đích để router biết đường chuyển tiếp.
- Tầng Network Access đóng packet thành frame, gắn địa chỉ MAC của chặng kế tiếp rồi đẩy ra đường truyền dưới dạng tín hiệu.
- Ở máy nhận, trình tự đảo ngược, từng lớp thông tin điều khiển được gỡ dần từ dưới lên cho tới khi ứng dụng nhận được đúng nội dung ban đầu.
Chi tiết dễ bỏ qua nhất nằm ở bước bốn: địa chỉ MAC chỉ có ý nghĩa trong một đoạn mạng và được thay mới ở mỗi chặng router, trong khi địa chỉ IP đích giữ nguyên suốt hành trình, trừ khi gói tin đi qua NAT và địa chỉ nguồn bị thay thế. Nắm được điểm này, bạn sẽ hiểu vì sao xem địa chỉ MAC không giúp truy ra thiết bị ở đầu bên kia Internet.
Dùng mô hình TCP/IP để khoanh vùng lỗi mạng tại nhà
Cách nhanh nhất để bớt thử sai là đọc triệu chứng theo tầng và kiểm tra từ dưới lên, vì một tầng chỉ hoạt động được khi tầng bên dưới nó đã ổn. Bảng dưới đây ghép các triệu chứng thường gặp với tầng nghi ngờ tương ứng.
| Triệu chứng | Tầng nghi ngờ | Nên kiểm tra trước |
|---|---|---|
| Máy báo không có kết nối dù đã cắm dây hoặc đã bật Wi-Fi | Network Access | Dây mạng, đầu bấm, cổng LAN, card mạng, khoảng cách tới bộ phát |
| Kết nối được nhưng máy nhận địa chỉ dạng 169.254.x.x | Ranh giới Network Access và Internet | Dịch vụ cấp IP tự động trên modem router, cấu hình IP tĩnh còn sót lại |
| Thiết bị trong nhà thấy nhau nhưng không ra được Internet | Internet | Gateway mặc định, trạng thái đường truyền phía nhà cung cấp dịch vụ |
| Ping tới một địa chỉ IP công cộng vẫn được nhưng không mở được trang web | Application, cụ thể là DNS | Máy chủ phân giải tên miền đang dùng, bộ nhớ đệm DNS trên máy |
| Web vẫn vào bình thường nhưng gọi video giật, mất tiếng | Transport và chất lượng đường truyền | Băng thông chiều lên, độ trễ, số thiết bị đang chiếm đường truyền |
| Chỉ một ứng dụng không kết nối được, phần còn lại vẫn chạy | Transport và Application | Cổng dịch vụ bị tường lửa chặn, cấu hình proxy, phía máy chủ dịch vụ |
Thứ tự kiểm tra hợp lý là xác nhận có tín hiệu vật lý trước, sau đó xem máy đã nhận địa chỉ IP hợp lệ chưa, tiếp theo thử ping ra một địa chỉ bên ngoài, rồi mới xét tới phân giải tên miền và ứng dụng. Cần nói rõ giới hạn: mô hình TCP/IP giúp bạn thu hẹp phạm vi tìm lỗi, nó không chỉ ra thiết bị nào đang hỏng, và với các sự cố nằm ngoài nhà bạn thì việc kiểm tra chỉ dừng ở mức xác nhận lỗi không thuộc thiết bị nội bộ.
Mô hình TCP/IP và mô hình OSI khác nhau ở đâu
Khác biệt lớn nhất không nằm ở số tầng mà ở mục đích sử dụng: OSI là mô hình tham chiếu dùng để mô tả và giảng dạy, còn mô hình TCP/IP là kiến trúc của bộ giao thức đang thực sự chạy trên Internet. Bảng ánh xạ dưới đây cho thấy các tầng của hai bên tương ứng với nhau ra sao.
| Tầng trong mô hình OSI | Tầng tương ứng trong TCP/IP | Điểm cần lưu ý |
|---|---|---|
| Application, Presentation, Session | Application | Ba tầng của OSI được gộp thành một, việc định dạng và quản lý phiên do chính ứng dụng đảm nhiệm |
| Transport | Transport | Gần tương đương nhất giữa hai mô hình, cùng xoay quanh TCP và UDP |
| Network | Internet | Cùng lo địa chỉ logic và định tuyến, chỉ khác tên gọi |
| Data Link, Physical | Network Access | Bản đặc tả gốc chỉ mô tả tới mức link layer, phần vật lý để cho các chuẩn riêng quy định |
Đánh đổi giữa hai bên khá rõ. OSI tách nhỏ nên tiện để mô tả lỗi theo lớp và trao đổi giữa các nhóm kỹ thuật, nhưng nhiều tầng của nó không có sản phẩm tương ứng chạy phổ biến. Mô hình TCP/IP gọn hơn, bám sát cách phần mềm mạng thực sự được viết, đổi lại nó ít chi tiết hơn khi cần giải thích các bước trung gian. Nếu bạn học để đi làm mảng hạ tầng, nên nắm cả hai và dùng OSI như ngôn ngữ mô tả, dùng TCP/IP như bản đồ vận hành.
Ba nhầm lẫn khiến người học hiểu sai mô hình TCP/IP
Phần lớn lỗi hiểu sai không nằm ở việc quên tên tầng mà nằm ở việc gán sai nhiệm vụ cho tầng.
- Cho rằng tầng Internet chỉ dùng khi ra Internet, còn mạng nội bộ thì không. Thực tế các thiết bị trong nhà vẫn dùng IP để nói chuyện với nhau, tầng Internet hoạt động ngay cả khi đường truyền ra ngoài đã mất.
- Nghĩ TCP luôn tốt hơn UDP. Với gọi thoại và gọi video, việc chờ truyền lại một gói tin đã trễ còn gây khó chịu hơn là bỏ qua nó, nên UDP mới là lựa chọn có chủ đích.
- Coi bốn tầng này như một phần mềm phải cài đặt. Đây là cách mô tả kiến trúc, còn các giao thức tương ứng đã nằm sẵn trong hệ điều hành và thiết bị mạng.
Câu hỏi thường gặp về mô hình TCP/IP
Mô hình TCP/IP có mấy tầng?
Bốn tầng theo cách trình bày phổ biến nhất, gồm Network Access, Internet, Transport và Application. Một số giáo trình tách tầng dưới cùng thành Physical và Data Link nên trình bày thành năm tầng, nhưng nội dung công việc không đổi.
Mô hình TCP/IP và bộ giao thức TCP/IP có phải là một không?
Không hoàn toàn. Bộ giao thức là tập hợp các giao thức cụ thể như IP, TCP, UDP, ICMP, HTTP. Mô hình là cách sắp xếp các giao thức đó thành từng tầng theo nhiệm vụ, giúp mô tả và học dễ hơn.
Nên học mô hình TCP/IP trước hay mô hình OSI trước?
Nếu mục tiêu là xử lý sự cố và làm việc thực tế, nên bắt đầu bằng TCP/IP vì nó bám sát thứ đang chạy. Nếu mục tiêu là thi theo giáo trình, hãy học theo thứ tự mà giáo trình đó quy định, sau đó ánh xạ hai mô hình sang nhau để tránh lẫn tên tầng.
Địa chỉ IP và địa chỉ MAC do tầng nào xử lý?
Địa chỉ IP thuộc tầng Internet và giữ nguyên trên toàn hành trình, trừ khi gói tin đi qua NAT. Địa chỉ MAC thuộc tầng Network Access, chỉ có ý nghĩa trong một đoạn mạng và được thay mới ở mỗi chặng.
Vì sao ping được nhưng vẫn không vào được trang web?
Ping tới một địa chỉ IP thành công nghĩa là tầng Internet đã thông. Trang web không mở được thường do khâu phân giải tên miền ở tầng ứng dụng, hoặc do chính máy chủ của trang đó gặp sự cố, nên hướng kiểm tra tiếp theo nên tập trung vào cấu hình DNS.
Nếu bạn chỉ cần dùng mô hình TCP/IP để xử lý sự cố trong nhà, ba thứ đáng nhớ nhất là thứ tự bốn tầng, việc mỗi tầng thêm một lớp thông tin điều khiển riêng, và nguyên tắc kiểm tra từ tầng dưới lên. Nếu bạn học để thi hoặc làm mảng hạ tầng, phần nên đào sâu tiếp là hành vi của TCP ở tầng Transport và cách bảng định tuyến quyết định đường đi ở tầng Internet. Điều nên tránh là học thuộc tên bốn tầng rồi dừng lại, vì tên tầng không giúp bạn đọc được một sự cố mạng cụ thể, còn việc gán đúng triệu chứng vào đúng tầng thì có.
