Hệ thống mạng luôn có những quy chuẩn hoạt động riêng biệt, đảm bảo những chức năng nhất định để việc truyền dữ liệu diễn ra thuận lợi nhất. Trong đó, khái niệm protocol là gì, cách thức hoạt động và chức năng ra sao đang khiến nhiều người quan tâm khi tìm hiểu về kiến thức mạng.
Khái niệm protocol là gì?
Protocol tên đầy đủ tiếng Anh là Communication protocol hay còn được gọi là giao thức giao tiếp, giao thức liên mạng, giao thức tương tác hay giao thức trao đổi thông tin. Protocol bao gồm một tập hợp các quy tắc chuẩn, cho phép hai hoặc các thực thể trong cùng một hệ thống trao đổi thông tin liên lạc, dữ liệu qua các kênh truyền thông. Các dữ liệu trao đổi đó có thể là local area network (LAN), intranet, internet,…
Ở mỗi một giao thức mạng sẽ có những phương thức định dạng dữ liệu riêng khi chúng được gửi đi. Các dữ liệu này sẽ được nén lại và kiểm tra lỗi dữ liệu khi nhận được. Hiện nay giao thức phổ biến quan trọng nhất trong lĩnh vực công nghệ internet đó là TCP/IP (transmission control protocol/internet protocol). Giao thức này được dùng để sử dụng trao đổi thông tin liên lạc giữa các máy tính được kết nối internet với nhau. Ngoài ra còn có giao thức HTTP (Hypertext Transfer Protocol) sẽ được dùng để truyền dữ liệu qua WWW hay internet hay được truyền bởi TCP/IP.
Cách thức hoạt động của protocol
Protocol hoạt động bằng cách thiết lập các quy tắc và quy định để đảm bảo truyền thông và giao tiếp hiệu quả giữa các thiết bị, máy tính hoặc hệ thống trong mạng máy tính. Dưới đây là một số bước cơ bản để hiểu cách hoạt động của protocol:
-
Thiết lập kết nối: Trước hết, protocol xác định quy trình để thiết lập kết nối giữa các thiết bị, bao gồm cấu hình địa chỉ IP, cổng kết nối, xác thực và mã hóa.
-
Truyền thông: Sau khi kết nối được thiết lập, giao thức xác định cách truyền thông giữa các thiết bị. Giao thức mạng đặt ra cấu trúc và định dạng dữ liệu để đảm bảo tính toàn vẹn và đáng tin cậy của thông tin được truyền, có thể liên quan đến việc phân đoạn dữ liệu, thêm thông tin định danh và kiểm tra lỗi.
-
Xử lý và kiểm soát lỗi: Giao thức cung cấp quy tắc để xử lý và kiểm soát lỗi trong quá trình truyền thông. Trong trường hợp lỗi, giao thức đảm bảo khả năng gửi lại dữ liệu đã mất hoặc sửa lại các gói tin bị hỏng.
-
Kết thúc phiên giao dịch: Khi truyền thông hoàn tất, giao thức xác định cách kết thúc phiên giao dịch, có thể bao gồm việc gửi các gói tin kết thúc hoặc thông báo cho thiết bị đối tác về việc hoàn tất phiên giao dịch.
Quy trình trên chỉ là một tổng quan về cách hoạt động của giao thức. Mỗi giao thức có các quy tắc và bước riêng, tùy thuộc vào mục đích và tính chất cụ thể. Tuy nhiên, nguyên tắc cơ bản của giao thức là đảm bảo tính đồng nhất, tin cậy và an toàn trong truyền thông giữa các thiết bị và hệ thống trong mạng máy tính.
Triển khai protocol
Để đảm bảo hoạt động của các giao thức mạng, chúng phải được lập trình trong phần mềm, hoặc một phần của hệ điều hành máy tính, hoặc dưới dạng một ứng dụng, hoặc triển khai trong phần cứng của máy tính. Đa số các hệ điều hành hiện đại có các dịch vụ phần mềm tích hợp sẵn để thực hiện nhiều giao thức mạng.
Các ứng dụng khác như trình duyệt web, được thiết kế với thư viện phần mềm hỗ trợ các giao thức cần thiết để chúng hoạt động. Ngoài ra, TCP/IP và các giao thức định tuyến thường được triển khai trực tiếp trong phần cứng để cải thiện hiệu suất. Khi một giao thức mới được triển khai, chúng sẽ được thêm vào bộ giao thức. Bộ giao thức có cấu trúc như một khối đồng nhất vì tất cả các giao thức được lưu trữ tại cùng một địa chỉ và xếp chồng lên nhau theo từng lớp.
Các điểm yếu của giao thức mạng cần nên biết
Giao thức mạng có một điểm yếu lớn khi sử dụng chính là chúng có thiết kế không bảo mật. Với sự thiếu bảo vệ về tính an toàn thì đây chính là sơ hở tạo điều kiện của các cuộc tấn công độc hại. Chẳng hạn như sẽ bị nghe lén hay nhiễm độc bộ nhớ cache (cache poisoning) và điều này có thể sẽ làm gây ảnh hưởng đến hệ thống. Thông thường kiểu tấn công phổ biến nhất vào giao thức mạng này là broadcast attack (cuộc tấn công phát sóng) trên các router giả lập, dẫn đến các máy chủ bị tấn công thay vì các máy chủ đích.
Tổng hợp tất cả các loại giao thức mạng phổ biến nhất hiện nay
Có rất nhiều loại giao thức khi truyền tải dữ liệu và sau đây là những loại phổ biến nhất. Cụ thể:
Internet Protocol Suite
Đây là bộ giao thức liên mạng, tập hợp các giao thức thực thi protocol stack (chồng giao thức) mà mạng internet chạy trên đó. Ngoài ra giao thức này còn được gọi là bộ giao thức TCP/IP và loại này được sử dụng tương tự như mô hình OSI nhưng sẽ có một số sự khác biệt.
Protocol Stack
Protocol Stack là tập hợp đầy đủ các giao thức được hoạt động cùng nhau để cung cấp các khả năng kết nối mạng.
TCP – Transmission Control Protocol
TCP là một giao thức cốt lõi của internet protocol suite, bắt nguồn từ việc thực thi mạng để bổ sung cho internet protocol. Chính vì vậy, giao thức này còn được gọi với cái tên khác là TCP/IP. Loại TCP này sẽ cung cấp một phương thức phân phối đáng tin cậy là 1 luồng octet qua mạng IP.
Internet Protocol (IP)
IP là giao thức chính trong internet protocol suite dùng để chuyển tiếp dữ liệu qua mạng. Chức năng của loại giao thức mạng này đó chính là thiết lập internet.
HTTP – Hypertext Transfer Protocol
HTTP là một loại nền tảng giao tiếp dữ liệu cho World Wide Web. Văn bản có các cấu trúc sử dụng liên kết chứa văn bản và đây là giao thức ứng dụng cho hệ thống thông tin hypermedia phân tán và kết hợp.
File Transfer Protocol (FTP)
FTP là giao thức sử dụng cho mục đích truyền file trên internet và ở trong các mạng riêng.
Secure Shell (SSH)
Secure Shell (SSH) được sử dụng để quản lý các thiết bị mạng một cách an toàn ở cấp lệnh, sử dụng như sự thay thế cho Telnet.
Telnet protocol
Telnet là phương thức dùng để quản lý các thiết bị mạng ở cấp lệnh và không cung cấp các kết nối an toàn mà chỉ cung cấp kết nối không bảo mật cơ bản.
SMTP – Simple Mail Transfer
SMTP được sử dụng với 2 chức năng chính, thứ nhất là chuyển email từ mail server nguồn đến mail server đích và thứ 2 là chuyển email từ người dùng cuối sang hệ thống mail.
Domain Name System (DNS)
Chức năng chính của DNS là dùng để chuyển đổi tên miền thành địa chỉ IP. DNS gồm máy chủ gốc, TLD và máy chủ có thẩm quyền.
POP3 – Post Office phiên bản 3
POP3 là một trong hai giao thức chính dùng để lấy mail từ internet, cho phép client lấy nội dung hoàn chỉnh từ hộp thư của server và xóa nội dung khỏi server đó.
IMAP – Internet Message Access
IMAP dùng để lấy thư từ máy chủ và sẽ không xóa nội dung khỏi hộp thư của máy chủ.
SNMP – Simple Network Management Protocol
Chức năng của SNMP là dùng để quản lý mạng với khả năng giám sát, cấu hình và điều khiển các thiết bị mạng.
HTTPS
HTTPS có chức năng dùng để cung cấp các dịch vụ tương tự nhưng sử dụng với kết nối bảo mật được cung cấp bởi SSL hoặc TLS.
Những tính năng chính của protocol
Giao thức sở hữu nhiều tính năng riêng biệt và bổ trợ giúp cho việc truyền dữ liệu được hiệu quả hơn, cụ thể như sau:
Đóng gói protocol
Trong quá trình trao đổi thông tin các gói dữ liệu sẽ được bổ trợ thêm vào 1 số thông tin điều khiển gồm: địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, điều khiển giao thức, mã phát hiện lỗi,… Việc thêm thông tin điều khiển này sẽ được gọi là quá trình đóng gói.
Phân đoạn và hợp lại
Mạng truyền thông chỉ được chấp nhận kích thước của các gói dữ liệu cố định và các giao thức ở tầng thấp hơn sẽ cần phải cắt dữ liệu thành những gói tin về kích thước quy định, được gọi là quá trình phân đoạn.
Ngược lại hoàn toàn với quá trình phân đoạn bên phát chính đó là quá trình hợp lại bên thu. Điều này có tác dụng rất quan trọng giúp đảm bảo các thứ tự của các gói đến đích. Ngoai ra gói dữ liệu sẽ giúp trao đổi giữa hai thực thể thông qua giao thức được gọi là đơn vị giao thức dữ liệu PDU.
Điều khiển liên kết
Việc trao đổi thông tin giữa các thực thể sẽ thông qua hai phương thức là Connection – Oriented (hướng liên kết) và Connectionless (không liên kết). Truyền thông liên kết không có yêu cầu về độ tin cậy cao, không yêu cầu về chất lượng dịch vụ và không yêu cầu xác nhận. Ngược lại với truyền theo phương thức hướng liên kết sẽ phải yêu cầu về độ tin cậy cao và đảm bảo chất lượng dịch vụ khi có xác nhận.
Giám sát
Các gói tin PDU được lưu chuyển độc lập theo những con đường liên kết khác nhau và khi đã đến đích sẽ có thể không tuân theo các thứ tự như khi phát. Vì vậy ở phương thức này các gói tin cần phải được yêu cầu giám sát. Mỗi một PDU ở đây sẽ có 1 mã tập hợp duy nhất và được đăng ký theo tuần tự nhất định. Ngoài ra các thực thể nhận sẽ giúp khôi phục thứ tự của các gói tin như thứ tự bên phát.
Điều khiển lưu lượng
Việc điều khiển lưu lượng thông tin này sẽ liên quan đến khả năng tiếp nhận những gói tin của thực thể bên thu. Điều khiển tốc độ của dữ liệu được truyền bởi các thực thể bên phát có chức năng giúp cho bên thu không bị tràn ngập cũng như đảm bảo được tốc độ cao nhất.
Điều khiển lỗi
Đây là một kỹ thuật cần thiết có chức năng bảo vệ dữ liệu không bị mất hoặc bị hỏng trong quá trình trao đổi thông tin liên kết. Việc điều khiển lỗi sẽ giúp phát hiện, sửa lỗi thông qua việc phát hiện lỗi trên cơ sở kiểm tra khung và truyền lại các PDU khi có lỗi. Đặc biệt nếu một thực thể nhận xác nhận PDU lỗi thì thông thường các gói tin đó sẽ phải được phát lại.
Đồng bộ hóa
Các thực thể giao thức có các tham số về các biến trạng thái và về các định nghĩa trạng thái. Đây chính là các tham số về kích thước cửa sổ, về tham số liên kết và giá trị về thời gian. Hai thực thể truyền thông trong giao thức này cần phải đồng thời ở trong cùng một trạng thái xác định.
Ứng dụng của protocol
Giao thức (Protocol) được áp dụng trong nhiều ứng dụng và lĩnh vực đa dạng trên Internet. Dưới đây là một số ví dụ về các ứng dụng của giao thức:
-
Truyền thông mạng: Giao thức được sử dụng để truyền thông tin giữa các thiết bị trong mạng, bao gồm việc gửi và nhận dữ liệu, truyền tải tập tin, trao đổi thông tin giữa máy chủ và máy khách, xử lý các yêu cầu và phản hồi.
-
Truyền tải dữ liệu trên web: Giao thức HTTP (Hypertext Transfer Protocol) được sử dụng để truyền tải các trang web và nội dung trên Internet, cho phép truy cập vào trang web, tải xuống tài liệu, gửi dữ liệu biểu mẫu và tương tác với các ứng dụng web.
-
Gửi và nhận thư điện tử: Giao thức SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) quản lý việc gửi thư điện tử từ người gửi đến người nhận và truyền tải thư qua mạng, tương tác với các máy chủ thư.
-
Truyền tải tập tin từ xa: Giao thức FTP (File Transfer Protocol) hỗ trợ truyền tải tập tin giữa các máy chủ từ xa, bao gồm tải lên và tải xuống tệp tin, quản lý thư mục và quyền truy cập.
-
Truyền tải nội dung đa phương tiện: Giao thức RTSP (Real-Time Streaming Protocol) và RTMP (Real-Time Messaging Protocol) sử dụng để truyền tải nội dung đa phương tiện như video và âm thanh trực tiếp trên Internet.
-
Truy cập đám mây: Giao thức API (Application Programming Interface) dùng để giao tiếp và truy cập vào các dịch vụ đám mây như lưu trữ, tính toán và xử lý dữ liệu.
-
Truy cập cơ sở dữ liệu: Giao thức SQL (Structured Query Language) được sử dụng để truy cập và quản lý cơ sở dữ liệu quan hệ, thực hiện truy vấn, cập nhật và tương tác với dữ liệu.
-
Truyền tải dữ liệu đa phương tiện: Giao thức SIP (Session Initiation Protocol) được sử dụng để thiết lập, duy trì và kết thúc các phiên truyền tải dữ liệu đa phương tiện như cuộc gọi điện thoại và hội nghị trực tuyến.
Hy vọng với tất cả những thông tin trên bài viết đã giúp bạn hiểu rõ về Protocol là gì hay giao thức mạng là gì.