Bất cứ mô hình, hệ thống nào, dù quy mô nhỏ hay lớn đều cần phải có các hệ quy tắc để có thể hoạt động nhịp nhàng, suôn sẻ. Hệ thống mạng cũng vậy, nhờ có các giao thức quy chuẩn mà mạng internet chúng ta đang sử dụng hàng ngày mới có thể vận hành chính xác và giúp cuộc sống con người dễ dàng hơn mỗi ngày. Cùng Pho Tue Software Solutions  tìm hiểu toàn bộ về protocol là gì qua bài dưới đây.

Protocol là gì?

Protocol (giao thức mạng) là tập hợp các quy tắc được thiết lập nhằm xác định cách để định dạng, truyền và nhận dữ liệu sao cho các thiết bị mạng máy tính - từ server và router tới endpoint - Có thể giao tiếp với nhau, bất kể sự khác biệt về cơ sở hạ tầng, thiết kế hay các tiêu chuẩn cơ bản giữa chúng.

Protocol nhằm tập hợp các thiết lập để định dạng, truyền và nhận dữ liệu

Để gửi và nhận thông tin thành công, các thiết bị ở cả hai phía của một trao đổi liên lạc phải chấp nhận và tuân theo các quy ước giao thức. Hỗ trợ cho các giao thức mạng có thể được tích hợp vào phần mềm, phần cứng hoặc cả hai.

Các giao thức mạng được tiêu chuẩn hóa cung cấp cho các thiết bị mạng một ngôn ngữ chung. Không có chúng, máy tính sẽ không biết phải giao tiếp với nhau như thế nào. Kết quả là, trừ các mạng đặc biệt cho một kiến trúc cụ thể, chỉ có 1 số mạng có thể hoạt động và không có mạng internet như chúng ta biết ngày nay sẽ không thể tồn tại. Hầu như tất cả người dùng cuối đều dựa vào các giao thức mạng để kết nối với nhau.

Giao thức mạng hoạt động như thế nào?

Các giao thức mạng phân tách các quy trình lớn hơn thành các chức năng và nhiệm vụ nhỏ hơn, riêng biệt, trên tất cả các cấp độ mạng. Trong mô hình tiêu chuẩn, còn gọi là mô hình OSI, sẽ có một hoặc nhiều giao thức mạng xử lý các hoạt động ở mỗi lớp mạng trong quá trình trao đổi.

Một tập hợp các giao thức mạng kết nối với nhau thành bộ giao thức. Bộ TCP/IP bao gồm nhiều giao thức nằm trên các lớp - chẳng hạn như các lớp dữ liệu, lớp mạng, lớp truyền tải và lớp ứng dụng - hoạt động cùng nhau để internet có thể kết nối được, bao gồm:

Cách hoạt động của giao thức mạng

Transmission Control Protocol (TCP), - Giao thức điều khiển truyền vận (TCP) là một trong những giao thức cốt lõi của bộ giao thức TCP/IP. TCP cung cấp khả năng chuyển giao dữ liệu đáng tin cậy, theo thứ tự và được kiểm tra lỗi tới người nhận. TCP cũng giúp các ứng dụng chạy trên máy chủ giao tiếp qua mạng IP có thể kết nối được với nhau, từ đó chúng có thể trao đổi dữ liệu hoặc các gói tin. Các ứng dụng internet lớn như World Wide Web, email, và Secure Shell hiện nay đều đang sử dụng giao thức TCP. 

User Datagram Protocol (UDP), hoạt động như một giao thức giao tiếp thay thế cho TCP và được sử dụng để thiết lập các kết nối có độ trễ thấp và khả năng chịu lỗi mất thông tin giữa các ứng dụng và mạng Internet.

Internet Protocol (IP), sử dụng một bộ quy tắc (dưới dạng các dãy số hoặc chữ) để gửi và nhận tin nhắn, cho phép một thiết bị giao tiếp với các thiết bị khác qua mạng IP-based như Internet chẳng hạn.

Ngoài ra, còn có các giao thức mạng bổ sung khác như: Hypertext Transfer Protocol (HTTP) và File Transfer Protocol (FTP)..., mỗi giao thức định ra các bộ quy tắc để trao đổi và hiển thị thông tin.

Mỗi gói được truyền và nhận qua mạng thường chứa dữ liệu nhị phân. Hầu hết các giao thức sẽ thêm một header vào đầu mỗi gói để lưu trữ thông tin về người gửi và đích đến của tin nhắn. Một số giao thức cũng có thể có cả footer ở cuối chứa thông tin bổ sung. Các giao thức mạng xử lý các header và footer này như là một phần của dữ liệu khi chúng di chuyển giữa các thiết bị để xác định đặc thù riêng của các tin nhắn.

Các loại giao thức mạng chính

Nói chung, các mạng có ba loại giao thức - giao tiếp, chẳng hạn như Ethernet; quản lý, chẳng hạn như Simple Mail Transfer Protocol (SMTP); và bảo mật, chẳng hạn như Secure Shell (SSH).

Tồn tại giữa ba loại giao thức lớn này là hàng ngàn giao thức mạng xử lý thống nhất nhiều loại nhiệm vụ khác nhau, bao gồm xác thực, tự động hóa, sửa, nén, xử lý lỗi, truy xuất tệp, truyền tệp, tổng hợp liên kết, định tuyến, ngữ nghĩa, đồng bộ hóa và cú pháp.

Triển khai các giao thức mạng

Để các giao thức mạng hoạt động, chúng phải được code trong phần mềm, hoặc trong một phần của hệ điều hành (HĐH) máy tính, hoặc dưới dạng một ứng dụng, hoặc được triển khai trong phần cứng của máy tính. Hầu hết các HĐH hiện đại đều sở hữu các dịch vụ phần mềm tích hợp sẵn sàng thực hiện một số giao thức mạng. Các ứng dụng khác, chẳng hạn như trình duyệt web, được thiết kế với các thư viện phần mềm hỗ trợ mọi giao thức cần thiết để ứng dụng hoạt động. Hơn nữa, TCP/IP và giao thức định tuyến hỗ trợ cũng được triển khai trực tiếp trong phần cứng để tăng cường hiệu suất.

Bất cứ khi nào một giao thức mới được triển khai, nó sẽ được thêm vào bộ giao thức. Các bộ giao thức có kết cấu như một khối đồng nhất vì tất cả các giao thức được lưu trữ trong cùng một địa chỉ và theo từng lớp xếp chồng lên nhau.

Điểm yếu của giao thức mạng

Một yếu điểm lớn được tìm thấy trong các giao thức mạng là chúng có thiết kế không bảo mật. Sự thiếu bảo vệ này đôi khi có thể tạo điều kiện cho các cuộc tấn công độc hại, chẳng hạn như nghe lén và cache poisoning, gây ảnh hưởng đến hệ thống. Kiểu tấn công phổ biến nhất vào các giao thức mạng thường là broadcast attack trên các router giả lập, dẫn traffic vào các máy chủ bị tấn công thay vì các máy chủ đích (nơi lẽ ra sẽ nhận traffic).

Tính năng của Protocol

• Data Sequencing: chia toàn bộ dữ liệu thành một số gói.
• Data flow: giải quyết việc gửi dữ liệu đến đúng đích đảm bảo luồng dữ liệu có chính xác hay không.
• Data Routing: chọn đường dẫn tốt nhất để truyền dữ liệu giữa người gửi và người nhận vì có thể có nhiều đường truyền.
• Encapsulation (Đóng gói): quá trình lấy một giao thức và chuyển nó sang một số giao thức khác.
• Segmentation & Reassembly: xử lý việc phân đoạn thông điệp dữ liệu, tức là phân đoạn dữ liệu thành các gói khi dữ liệu chảy từ lớp giao thức trên xuống thấp hơn và tập hợp lại ngược lại với phân đoạn tức là tất cả các gói được phân đoạn đều được thu thập lại theo đúng thứ tự tại bên nhận.
• Connection Control (Kiểm soát kết nối): đảm bảo truyền dữ liệu theo định hướng kết nối cho các data item dài.
• Multiplexing: kết hợp nhiều tín hiệu đơn vị truyền hoặc kênh của giao thức cấp cao hơn trong một đơn vị truyền dẫn của giao thức cấp thấp hơn. Multiplexing có thể hướng lên hoặc hướng xuống.
• Ordered Delivery (Phân phối theo thứ tự): Giao thức tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân phối dữ liệu theo thứ tự, bằng cách cung cấp một số thứ tự duy nhất cho mỗi gói dữ liệu. Chức năng của người gửi là duy trì việc phân phối theo thứ tự đó. Làm như vậy, người nhận sẽ nhận được dữ liệu theo thứ tự như đã gửi bởi người gửi.
• Transmission Services: đề cập đến mức độ ưu tiên, Chất lượng dịch vụ (QoS) và bảo mật của các gói dữ liệu.
• Addressing: đề cập đến các cấp độ, phạm vi addressing, định danh giao tiếp và chế độ addressing.
• Flow Control (Kiểm soát luồng): tạo điều kiện để hạn chế luồng dữ liệu
• Error Control (Kiểm soát lỗi): Nó xử lý việc phát hiện lỗi (sử dụng các checksum bit) và kiểm soát nó. Nếu bất kỳ lỗi nào được phát hiện trong quá trình truyền dữ liệu, yêu cầu truyền lại dữ liệu sẽ được người nhận gửi đến người gửi và gói dữ liệu bị hỏng sẽ bị loại bỏ.

 

Tính ứng dụng của các giao thức mạng

Các giao thức mạng là cơ sở để Internet hiện đại như chúng ta thấy ngày nay có thể hoạt động được vì chúng cho phép các máy tính giao tiếp qua các mạng mà không cần người dùng phải hiểu hoặc biết cụ thể về những gì đang xảy ra phía sau. Một số ví dụ cụ thể về giao thức mạng và cách sử dụng của chúng:

Post Office Protocol 3 (POP3), phiên bản mới nhất của giao thức chuẩn được sử dụng tải e-mail từ mail server.

Simple main transport Protocol (SMTP), được sử dụng để gửi và phân phối e-mail gửi đi.

File Transfer Protoco (FTP) - Giao thức truyền tệp, được sử dụng để truyền tệp từ máy này sang máy khác.

Telnet, là một tập hợp các quy tắc được sử dụng để kết nối một hệ thống với hệ thống khác thông qua đăng nhập từ xa. Trong giao thức này, hệ thống gửi đi yêu cầu kết nối là máy tính cục bộ và hệ thống thông qua kết nối là máy tính từ xa.

Một số ví dụ về giao thức mạng khác có thể kể đến: Post Office Protocol, Secure Sockets Layer, Transport Layer Security, Domain name system....