IPv4 - Ví dụ

Chương này mô tả cách thức giao tiếp thực tế xảy ra trên Mạng sử dụng Giao thức Internet phiên bản 4.

Luồng gói trong mạng

Tất cả các máy chủ trong môi trường IPv4 đều được gán địa chỉ IP logic duy nhất. Khi một máy chủ muốn gửi một số dữ liệu đến một máy chủ khác trên mạng, nó cần địa chỉ vật lý (MAC) của máy chủ đích. Để lấy địa chỉ MAC, máy chủ lưu trữ một tin nhắn ARP phát và yêu cầu cung cấp địa chỉ MAC cho bất kỳ ai là chủ sở hữu của địa chỉ IP đích. Tất cả các máy chủ trên phân đoạn đó đều nhận được gói ARP, nhưng chỉ máy chủ có IP khớp với IP trong bản tin ARP mới trả lời bằng địa chỉ MAC của nó. Khi người gửi nhận được địa chỉ MAC của trạm nhận, dữ liệu sẽ được gửi trên phương tiện vật lý.

Trong trường hợp IP không thuộc mạng con cục bộ, dữ liệu được gửi đến đích bằng Gateway của mạng con. Để hiểu luồng gói, trước tiên chúng ta phải hiểu các thành phần sau:

MAC Address- Địa chỉ kiểm soát truy cập phương tiện là địa chỉ vật lý được mã hóa cứng 48-bit của nhà máy thiết bị mạng có thể được xác định duy nhất. Địa chỉ này được chỉ định bởi các nhà sản xuất thiết bị.
Address Resolution Protocol- Giao thức phân giải địa chỉ được sử dụng để lấy địa chỉ MAC của máy chủ có địa chỉ IP được biết đến. ARP là một gói Broadcast được nhận bởi tất cả các máy chủ trong phân đoạn mạng. Nhưng chỉ máy chủ có IP được đề cập trong ARP phản hồi việc cung cấp địa chỉ MAC của nó.
Proxy Server- Để truy cập Internet, các mạng sử dụng Máy chủ Proxy được gán IP công cộng. Tất cả các PC yêu cầu Máy chủ Proxy cho Máy chủ trên Internet. Máy chủ Proxy thay mặt PCS gửi yêu cầu đến máy chủ và khi nó nhận được phản hồi từ Máy chủ, Máy chủ Proxy sẽ chuyển tiếp nó đến PC khách. Đây là một cách để kiểm soát truy cập Internet trong mạng máy tính và nó giúp thực hiện các chính sách dựa trên web.
Dynamic Host Control Protocol- DHCP là một dịch vụ mà một máy chủ được gán địa chỉ IP từ một nhóm địa chỉ được xác định trước. Máy chủ DHCP cũng cung cấp các thông tin cần thiết như Gateway IP, Địa chỉ máy chủ DNS, cho thuê được gán IP, v.v. Bằng cách sử dụng dịch vụ DHCP, quản trị viên mạng có thể quản lý việc gán địa chỉ IP một cách dễ dàng.
Domain Name System- Rất có thể người dùng không biết địa chỉ IP của một Server từ xa mà họ muốn kết nối. Nhưng anh ta biết tên được gán cho nó, ví dụ: tutorialpoints.com. Khi người dùng nhập tên của một máy chủ từ xa mà họ muốn kết nối, máy chủ cục bộ phía sau màn hình sẽ gửi một truy vấn DNS. Hệ thống tên miền là một phương pháp để lấy địa chỉ IP của máy chủ có Tên miền được biết đến.
Network Address Translation- Hầu hết tất cả các PC trong mạng máy tính đều được gán các địa chỉ IP riêng không thể định tuyến trên Internet. Ngay sau khi một bộ định tuyến nhận được một gói IP có địa chỉ IP riêng, nó sẽ loại bỏ nó. Để truy cập các máy chủ trên địa chỉ công cộng, mạng máy tính sử dụng dịch vụ dịch địa chỉ, dịch vụ này dịch giữa các địa chỉ công cộng và riêng tư, được gọi là Dịch địa chỉ mạng. Khi PC gửi gói IP ra khỏi mạng riêng, NAT sẽ thay đổi địa chỉ IP riêng bằng địa chỉ IP công cộng và ngược lại.

Bây giờ chúng ta có thể mô tả luồng gói tin. Giả sử rằng một người dùng muốn truy cập www.TutorialsPoint.com từ máy tính cá nhân của họ. Cô ấy có kết nối Internet từ ISP của mình. Hệ thống sẽ thực hiện các bước sau để giúp cô ấy đến được trang web đích.

Bước 1 - Lấy địa chỉ IP (DHCP)

Khi PC của người dùng khởi động, nó sẽ tìm kiếm máy chủ DHCP để lấy địa chỉ IP. Tương tự, PC gửi chương trình phát sóng DHCPDISCOVER được nhận bởi một hoặc nhiều máy chủ DHCP trên mạng con và tất cả chúng đều phản hồi bằng DHCPOFFER bao gồm tất cả các chi tiết cần thiết như IP, mạng con, Gateway, DNS, v.v. PC gửi DHCPREQUEST gói để yêu cầu địa chỉ IP được cung cấp. Cuối cùng, DHCP gửi gói DHCPACK để cho PC biết rằng nó có thể giữ IP trong một khoảng thời gian nhất định được gọi là IP cho thuê.

Ngoài ra, PC có thể được gán địa chỉ IP theo cách thủ công mà không cần bất kỳ trợ giúp nào từ máy chủ DHCP. Khi một PC được cấu hình tốt với các chi tiết địa chỉ IP, nó có thể giao tiếp với các máy tính khác trên toàn mạng hỗ trợ IP.

Bước 2 - Truy vấn DNS

Khi người dùng mở trình duyệt web và nhập www.tutorialpoints.com là tên miền và PC không hiểu cách giao tiếp với máy chủ bằng tên miền, thì PC sẽ gửi một truy vấn DNS trên mạng để lấy địa chỉ IP liên quan đến tên miền. Máy chủ DNS được cấu hình trước phản hồi truy vấn với địa chỉ IP của tên miền được chỉ định.

Bước 3 - Yêu cầu ARP

PC nhận thấy rằng địa chỉ IP đích không thuộc dải địa chỉ IP của chính nó và nó phải chuyển tiếp yêu cầu đến Gateway. Cổng trong trường hợp này có thể là một bộ định tuyến hoặc một Máy chủ Proxy. Mặc dù địa chỉ IP của Gateway được máy khách biết nhưng các máy tính không trao đổi dữ liệu trên địa chỉ IP, thay vào đó chúng cần địa chỉ phần cứng của máy là địa chỉ MAC do nhà máy mã hóa lớp 2. Để lấy địa chỉ MAC của Gateway, máy khách phát một yêu cầu ARP nói rằng "Ai sở hữu địa chỉ IP này?" Cổng để phản hồi lại truy vấn ARP sẽ gửi địa chỉ MAC của nó. Khi nhận được địa chỉ MAC, PC sẽ gửi các gói tin tới Gateway.

Một gói IP có cả địa chỉ nguồn và địa chỉ đích và nó kết nối máy chủ với máy chủ từ xa một cách hợp lý, trong khi địa chỉ MAC giúp các hệ thống trên một phân đoạn mạng truyền dữ liệu thực tế. Điều quan trọng là địa chỉ MAC nguồn và đích thay đổi khi chúng di chuyển trên Internet (từng đoạn) nhưng địa chỉ IP nguồn và đích không bao giờ thay đổi.