Đồ án: Điều khiển thiết bị qua mạng Ethernet

Chia sẻ: Nguyễn Văn Vượng | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:80

Thêm vào BST

Báo xấu

673
lượt xem 157
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đồ án: Điều khiển thiết bị qua mạng Ethernet thực hiện giao tiếp mạng giữa phần cứng mạch điện tử với máy tính qua mạng Ethernet, điều khiển hoạt động của các thiết bị (trong đề tài là 3 đền LED tượng trưng cho 3 thiết bị ), dưới sự điều khiển và giám sát của con người, giám sát nhiệt độ thông qua cảm biến nhiệt LM35.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án: Điều khiển thiết bị qua mạng Ethernet

HÌNH ẢNH:
BẢNG:
Lời Cảm ơn Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử, nhất là quý Thầy cô thuộc bộ môn Điện Tử Viễn Thông đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức chuyên ngành cho người thực hiện đồ án trong thời gian vừa qua. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới cô Vũ Thị Thu Hương vì sự tận tình hướng dẫn cũng như đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất cho em để có thể thực hiện và hoàn thành tốt đề tài này. Em cung không quên cảm ơn các bạn trong lớp đã trao đổi, góp ý để ̃ em hoàn thành đề tài này một cách tốt đẹp và đúng thời gian. Mặc dù đã có nhiều cố gắng và nỗ lực th ực hiện, nh ưng do ki ến th ức cũng như khả năng bản thân còn nhiều hạn chế nên trong quá trình th ực hiện đề tài không thể tránh khỏi những sai phạm, thiếu sót…Rất mong nhận được sự góp ý, chỉ dẫn từ nơi quý thầy cô và các bạn sinh viên.
Lời mở đầu Trong thời đại công nghiệp hoá hiện đại hoá như hiện nay. Việc phát minh và chế tạo ra các thiết bị thông minh có kh ả năng điều khi ểu từ xa đang và sẽ rất được quan tâm và rất hữu ích cho cuộc sống hằng ngày. Vì mục tiêu công nghệ hiện đại hoá ngày càng phát triển, tôi đã quy ết định làm một đồ án về điều khiển thiết bị qua mạng Ethernet. Khi dự án hoàn thành chúng ta có thể điều khiểu các thiết điện trong nhà thông qua mạng internet,tương tác băng tay qua nút nhấn, kiểm soát nhiệt độ phòng; ̀ hiển thị trang thai hoạt động của các thiết bị trên LCD, … . Dù chúng ta ở ̣ ́ bất cứ nơi nào có mạng internet đều có thể điều khiển được các thiết bị đã kết nối với module điều khiển ethernet. Khi dự án thành công và được áp dụng rộng rãi thì sẽ rất hữu ích cho đời sống hằng ngày. Giúp cho đất nước ngày càng phát triển. Giáo Viên Hướng Dẫn Người Thực Hiện Vũ Thị Thu Hương Nguy ễn Văn V ượng - 0541050263
Mục tiêu đề tài  Thực hiện giao tiếp mạng giữa phần cứng mạch điện t ử với máy tính qua mạng Ethernet.  Điều khiển hoạt động của các thiết bị (trong đề tài là 3 đ ền LED tượng trưng cho 3 thiết bị ), dưới sự điều khiển và giám sát của con người.  Giám sát nhiệt độ thông qua cảm biến nhiệt LM35. Nhiệm vụ của đề tài Để có thể đạt được mục tiêu đề ra, người thực hiện đề tài đã đ ưa ra những nhiệm vụ cần phải thực hiện:  Nghiên cứu vi điều khiển PIC18f4550 và trình biên dịch CCS (PIC C Compiler).  Lý thuyết mạng Ethernet và cách thức truyền nhận dữ liệu  Nghiên cứ chuẩn giao tiếp SPI và ứng dụng thực tế trên module Ethernet ENC28J60  Tìm hiểu ngôn ngữ html và CSS trong lập trình giao diện web  Tính toán, thiết kế và thi công phần cứng mạch điện tử (mô phỏng)  Xây dựng thuật toán và viết code cho ứng dụng dựa theo mục tiêu đã đề ra. Chương 1: Tổng quan về Ethernet ETHERNET là kiểu mạng cục bộ (LAN) được sử dụng rộng rãi hiện nay. Hiện thời Ethernet thường được sử dụng nhiều nhất là cáp đôi xoắn 10Mbps.
Ethernet được phát minh ra tại trung tâm nghiên cứu Xerox Palo Alto vào những năm 70 của tiến sỹ Robert M.Metcalfe. nó được thiết k ế b ởi mục đích phục vụ nghiên cứu trong “ hệ thống công sở trong tương lai”, bao gồm trạm cá nhân đầu tiên trong thế giới, trạm Xerox Alto. Trạm Ethernet đầu tiên chạy với tốc độ xấp xỉ 3Mbps. Chuẩn Ethernet 10Mbps đầu tiên được xuất bản vào năm 1980 với sự phối hợp phát tri ển c ủa 3 hãng DEC, Intel, Xerox. Chuẩn này có tên Dix Ethernet( lấy tên theo 3 chữ cái đầu tiên của các hãng ) Ủy ban 802.3 của IEEE đã lấy Dix Ethernet làm nền tảng để phát triển, năm 1985 chuẩn 802.3 đầu tiên được ra đời với tên IEEE 802.3 Carrier Sense Multiple access with Collition Detection (CSAM/CD). Mặt dù không sử dụng Ethernet nhưng hầu hết mọi người đều hiểu đó là phần chuẩn của công nghệ Ethernet.Ngày nay chuẩn IEEE 802.3 là chuẩn chính th ức c ủa Ethernet.IEEE đã phát triển chuẩn Ethernet trên nhiều công nghệ truyền dẫn khác nhau vì thế có nhìu loại mạng Ethernet khác nhau. Đặc biệt với phiên bản 100Mbit/s ( fast Ethernet, IEEE 802.3u), Ethernet ngày càng đóng vai trò trong hệ thống công nghiệp, bên cạnh việc sử dụng cáp đồng trục, đôi dây xoắn và cáp quang, gần đây Ethernet không dây ( Wirless LAN, IEEE 802.11) đang thu hút sự quan tâm rất lớn. 1.1. Cấu trúc khung tin Ethernet Các chuẩn Ethernet đều hoạt động ở tầng Data link trong mô hình 7 lớp OSI vì thế đơn vị dữ liệu mà các trạm trao đổi với nhau là các khung ( famer) . Cấu trúc khung Ethernet như sau: Bảng 1. : Cấu trúc khung MAC theo IEEE 802.3/ Ethernet
Preamble ( mở đầu): 7 bytes ( không được tính vào kích thước frame của Ethernet ) trường này đánh dấu sự xuất hiện của khung bit, nó luôn mang giá trị 10101010. Từ nhóm bit này, phía nhận có th ể t ạo ra xung đ ồng hồ 10Mhz. SFD ( Start Frame Delimiter): 1 bytes (không được tính vào kích th ước frame của Ethernet) trường hợp này mới thực sự xác định bắt đ ầu c ủa m ột khung. Nó luôn mang giá trị 10101011. Destination Address( địa chỉ đích): 6 bytes • Đây là địa chỉ MAC của Ethernet card nơi đến ( nơi khung frame gửi đến). • Ý nghĩa của bit thấp nhất xác định 6 bytes này: o 0: địa chỉ unicast  3 bytes đầu tiên được dùng để chỉ nhà sản xuất 1. 00-00-0C: CISCO 2. 00-00-3D: AT&T  3 bytes tiếp theo do nhà sản xuất quyết định o 1: địa chỉ multicast  01-80-C2-00-00-00: được dùng bởi các bridges cho giải thuật cây tản rộng (spanning trê algorithm)
 FF-FF-FF-FF-FF-FF: địa chỉ quảng bá (broadcast) • Ở chế độ hoạt động bình thường, Ethernet chỉ tiếp nhận nh ững frame có địa chỉ nơi đến trùng với địa chỉ (duy nhất) của nó, hoặc địa chỉ nơi đến thể hiện một thông điệp quản bá. Tuy vậy, hầu hết các Ethernet card đều có thể được đặt ở chế độ "promiscuous". Trong chế độ này, nó sẽ nhận tất cả các frame xuất hiện trong mạng LAN. Source Address ( địa chỉ nguồn): 6 bytes .Đây là địa chỉ MAC của Ethernet card nguồn ( nơi khung frame được gửi đi). LEN/TYLE(độ dài/kiểu gói): 2 bytes. giá trị của trường nói lên đ ộ l ớn của phần giữ liệu mà khung mang theo. • Có 2 loại cấu trúc Ethernet frame o IEEE 802.3 MAC  Dùng để chỉ độ dài của Ethernet frame o DIX Ethernet: được công bố bởi DEC, Intel và Xeror vào năm 1980 (phổ biến hơn)  Dùng để chỉ giao thức của lớp phía trên  0800: IP  0860: ARP Phần thông tin: từ 46 tới 1500 bytes: • Do kích thước frame tối thiểu là 64 bytes, kích th ước t ối thi ểu c ủa phần thông tin là 64-18=46 bytes. • Kích thước phần thông tin tối đa là 1500 bytes. Do đó, kích th ước gói IP trong Ethernet tối đa là 1500 bytes, đây cũng là m ột trong ba kích thước gói IP thông dụng nhất (40, 576, 1500). FCS mang CRC ( cyclic redundancy checksum): phía gửi sẽ tính toán trường này trước khi truyền khung. Phía nhận tính toán lại CRC này theo cách tương tự. Nếu hai kết quả trùng nhau, khung được xem là nh ận đúng, ngược lai khung coi như là bị lỗi và bị loại bỏ.
1.1. Cấu trúc địa chỉ Ethernet Mỗi giao tiếp mạng Ethernet được định dạng duy nhất bởi 48 bit địa chỉ (6 octet). Đây là địa chỉ được ấn định khi sản xuất thi ết b ị, đ ược g ọi là địa chỉ MAC ( Media Access Control Address). Địa chỉ MAC được biểu diễn bởi các chữ số hexa ( hệ cơ số 16), ví dụ: 00:60:97:8F:4F:86 ho ặc 00- 60-97-8F-4F-96. Khuôn dạng địa chỉ MAC được chia làm 2 phần: - 3 octet xác định hãng sản xuất, chịu sự quản lý tổ chức IEEE. - 3 octet sau do nhà sản xuất ấn định. - Kết hợp ta có 1 địa chỉ MAC duy nhất cho một giao ti ếp mạng Ethernet. Địa chỉ MAC được sử dụng làm địa chỉ nguồn và địa chỉ đích trong khung Ethernet. 1.2. Đặc tính điện Tín hiệu Ethernet được mã hóa theo mã Manchester. Mã hóa Manchester sử dụng cách đảo ngược mỗi bit trong khoảng thời gian của nó để đồng bộ và miêu tả bit. - Bit ‘0’ Nửa chu kỳ đầu của bit là điện áp +V và nửa chu kỳ còn lại là điện áp –V - Bit ‘1’ Nửa chu kỳ đầu của bit là điện áp -V và nửa chu kỳ còn lại là điện áp + V Hình 1. : Mã hóa Manchester 1.3. Các loại khung Ethernet 1.3.1. Các loại khung uniscat Giả sử trạm 1 cần truyền khung tới trạm 2.Khung Ethernet do trạm 1 truyền ra có địa chỉ: - MAC nguồn: 00-60-08-93-DB-C1. - MAC đích : 00-60-08-93-AB-12
Hình 1. : Mô hình truyền thông unicast Đây là khung unicast. Khung này được truyền tới 1 trạm xác định.Tất cả các trạm trong phân đoạn mạng trên sẽ đều nhận được khung này nhưng: - Chỉ có trạm 2 lấy được địa chỉ MAC đích của khung trùng với địa chỉ MAC của giao tiếp mạng của mình nên tiếp tục xử lý các thông tin khác trong khung. - Các trạm khác sau khi so sánh địa chỉ sẽ bỏ qua không ti ếp t ục x ử lý khung nữa. 1.3.2. Các khung broadcast Các khung broadcast có địa chỉ MAC đích là FF-FF-FF-FF-FF-FF (48 bit 1). khi nhận được các khung này, mặc dù không trùng với đ ịa ch ỉ MAC của giao tiếp mạng của mình nhưng các trạm đều phải nh ận khung và tiếp tục xử lý. Giao thức ARP sử dụng khung broadcast này để tìm địa chỉ MAC tương ứng với 1 địa chỉ IP cho trước. một số giao th ức định tuy ến cũng s ử dụng các khung broadcast để các router trao đổi bảng định tuyến. 1.3.3. Các khung Multicast
Trạm nguồn gửi khung tới một số trạm nhất định chứ không phải là tất cả. Địa chỉ MAC đích của khung là địa ch ỉ đặc biệt mà ch ỉ các tr ạm trong cùng một nhóm mới chấp nhận các khung gửi tới địa chỉ này. (Chú ý: Địa chỉ MAC nguồn của khung luôn là địa chỉ MAC của giao tiếp mạng tạo ra khung. Trong khi đó địa chỉ MAC đích của khung thì phụ thuộc vào một trong ba loại khung nếu trên.) 1.4. Truy cập bus Một số vấn đề lớn thường gây lo ngại khi sử dụng Ethernet ở c ấp trường là phương pháp truy cập bus ngẫu nhiên CSMA/CD (Carrier Sense Multiple access with Collision Avoidance) và sự ảnh hưởng tới hiệu suất cũng như tính năng thời gian thực của hệ thống. Ở đây, một s ố nh ững y ếu tố quyết định tới hiệu suất của hệ thống là thuật toán tính th ời gian truy nhập lại cho các trạm trong trường hợp xảy ra xung đột. Hình 1. : Minh họa phương pháp CSMA/CD Nguyên tắc làm việc của phương pháp CSMA/CD: Theo phương pháp CSMA/CD, mỗi trạm đều có quyền truy cập bus mà không cần một sự kiểm soát nào. Phương pháp được tiến hành như sau: - Mỗi trạm đều phải tự nghe đường dẫn (carrier sense) nếu đường dẫn rỗi( không có tín hiệu ) thì mới được phát.
- Do việc lan truyền tín hiệu cần có một thời gian nào đó, nên vẫn có khả năng hai trạm cùng phát tín hiệu lên đường dẫn. Chính vì v ậy, trong khi phát đi mỗi trạm vẫn phải nghe đường đẫn để so sánh tín hi ệu phát đi với tín hiệu nhận được xem có xảy ra xung đột hay không. - Trong trường hợp xảy ra xung đột, mỗi trạm đều phải hủy bỏ bức điện của mình, chờ một thời gian ngẫu nhiên và thử gửi lại. Một tình huống xảy ra xung đột tiêu biểu là các khắc ph ục đ ược minh họa trên hình 3. Trạm A và trạm C cùng nghe đường dẫn. Đường dẫn rỗi nên A có thể gửi trước. Trong khi tín hiệu từ trạm A gửi đi ch ưa kịp tới nên trạm C không hay biết và cũng gửi, nên gây ra xung đột tại một điểm gần C. A và C lần lượt nhận được tín hiệu phản hồi, so sánh v ới tín hi ệu g ửi đi và phát hiện xung đột.Cả hai trạm sẽ cùng phải hủy bỏ bức điện gửi đi bằng cách không phát tiếp, các trạm muốn nhận sẽ không nhận được cờ hiệu kết thúc bức điện và được coi là bức điện không h ợp l ệ. A và C cũng có thể gửi đi 1 tín hiệu “jam” đặc biệt để báo cho các tr ạm c ần nh ận bi ết. sau đó mỗi trạm sẽ chờ một thời gian chờ ngẫu nhiên, trước khi thử phát lại. thời gian chờ ngẫu nhiên ở đây phải được tính theo một thuật toán nào đó sao cho thời gian chờ ngắn một cách hợp lý và không giống nhau giữa các trạm cùng chờ. Thông thường thời gian chờ này là bội số hai lần thời gian lan truyền tín hiệu Ts . Ưu điểm của CSMA/CD là tính chất đơn giản, linh hoat. Khác với phương pháp tiền định, việc ghép thêm hay bỏ đi một trạm không ảnh hưởng gì tới hoạt động của hệ thống. Chính vì vậy, phương pháp này được ap dụng rộng rãi trong hệ thống Ethernet. Nhược điểm của CSMA/CD là tính chất bất định của thời gian ph ản ứng.Các trậm đều bình đẳng như nhau nên quá trình chờ ở một trậm có thể lặp đi lặp lại, không xác định được tương đối chính xác thời gian.Hiệu suất sử dụng đường truyền vì thế cũng thấp. Rõ ràng nếu không kết hợp
thêm với các kỹ thuật khác thì phương pháp này sẽ không thích h ợp v ới các cấp thấp, đòi hỏi trao đổi dữ liệu định kỳ, thời gian thực. 1.5. Các loại Ethernet IEEE đã phát triển chuẩn Ethernet trên nhiều công ngh ệ truy ền d ẫn khác nhau vì thế có nhiều loại Ethernet. Mỗi loại mạng mô tả dựa theo 3 yếu tố: tốc độ, phương thức tín hiệu sử dụng và đặc tính đường truyền vật lý. 1.5.1. Các hệ thống Ethernet 10Mb/s - 10base5. Đây là tiêu chuẩn Ethernet đầu tiên, dựa trên cáp đồng trục loại dày. Tốc độ đạt được 10Mb/s, sử dụng băng tần c ơ s ở, chi ều dài cáp tối đa cho một phân đoạn mạng là 500m. - 10base2. Có tên là “ thin Ethernet”, dựa trên các h ệ th ống cáp đ ồng trục mỏng với tốc độ 10Mb/s, chiều dài cáp tối đa của phân đoạn là 185m ( IEEE làm tròn thành 200m). - 10baseT. Chữ T là viết tắt của “Twisted” cáp xoắn cạp. 10BaseT hoạt động với tốc đọ 10Mb/s dựa trên hệ thống xoắn cạp Cat 3 trở lên. - 10BaseF. F là viết tắt của Fiber Optic ( sợi quang). Đây là chu ẩn cho sợi quang hoạt động với tốc độ 10Mb/s, ra đời năm 1993. 1.5.2. Các hệ thống Ethernet tốc độ 100Mb/s- Ethernet cao tốc(fast Ethernet) - 100BaseT. Chuẩn Ethernet hoat động với tốc độ 100Mb/s trên cả cáp xoắn cạp lẫn cáp sợi quang. - 100BaseX. Chữ X nói lên được tính mã hóa đường truy ền cả hệ thống này( sử dụng phương pháp mã hóa 4B/5B của chuẩn FDDI) bao gồm 2 chuẩn 100BaseFX VÀ 100BaseTX. • 100BaseFX. Tốc độ 100Mb/s, dử dụng cáp sợi quang đa mode. • 100BaseTX. Tốc độ 100Mb/s, sử dụng cáp xoắn cạp.
• 100BaseT2 và 100BaseT4. Các chuẩn này sử dụng 2 c ặp và 4 cặp cáp xoắn cặp Cat 3 trở lên tuy nhiên hiện nay hai chu ẩn này ít được sử dụng. 1.5.3. Các hệ thống Giga Ethernet - 1000BaseX: Chữ X nói lên đăc tính mã hóa đường truy ền( chuẩn này dựa trên kiểu mã hóa 8B/10B dùng trong hệ thống kết nối tốc độ cao Fiber channel được phát triển bởi ANSI) chuẩn 1000BaseX gồm 3 loại: • 1000Base-SX: tốc độ 1000Mb/s, sử dụng sợi quang với sóng ngắn. • 1000Base-LX: tốc độ 1000Mb/s, sử dụng sợi quang với sóng dài. • 1000Base-cX: tốc độ 1000Mb/s, sử dụng cáp đồng. - 1000BaseT: Hoạt động ở tốc độ Giga bit, băng tần cơ sở trên cáp xoắn cặp Cat 5 trở lên. Sử dụng kiểu mã hóa đường truyền riêng để đạt được tốc độ cao trên loại cáp này. 1.5.4. Chuẩn IEEE 802 IEEE 802 là hoc các chuẩn IEEE sành cho các mạng LAN và mạn MAN (metropolitan area network). Cụ thể hơn,các chuẩn IEEE 802 được giới hạn cho các mạng mang các gói tin có kích thước đa dạng. Khác v ới các mạng này, dữ liệu trong các mạng cell-based được truyền theo đơn vị nhỏ có cùng kích thước được gọi là cell. Các mạng Iosochronous, nơi dữ li ệu được truyền theo một dòng lien tục các octet, hoặc nhóm các octet,tại các khoảng thời gian đều đăn, cũng nằm ngoài phạm vi của chuẩn này. Các dịch vụ và giao thức được đặc tả trong IEEE 802 ánh xạ tới hai tầng thấp (tầng liên kết dữ liệu và tầng vật lý của mô hình 7 t ầng OSI). Thực tế, IEEE 802 chia tầng liên kết dữ liệu OSI thành hai tầng con LLC
(điều khiển liên kết lôgic) và MAC (điều khiển truy nhập môi trường truyền), do đó các tầng này có thể được liệt kê như sau: - Tầng liên kết dữ liệu - Tầng con LLC - Tầng con MAC - Tầng vật lý Họ chuẩn IEEE 802 được bảo trì bởi Ban Tiêu Chuẩn LAN/MAN IEEE 802 (IEEE 802 LAN/MAN standards Committee (LMSC)). Các chuẩn được dùng rộng rãi nhất là dành cho họ Ethernet, Token Ring, mạng LAN không dây, cá mạng LAN dùng bridge và bridge ảo ( Bridging and Virtual Bridged LANs). Chuẩn dành cho họ Ethernet là chuẩn IEEE 802.3. Chương 2: Họ giao thức TCP/IP 2.1. Họ giao thức TCP/IP TCP/IP là bộ giao thức cho phép kết nối các h ệ th ống m ạng không đồng nhất với nhau.TCP/IP là tên viết tắt của Transmission Control Protocol ( giao thức điều khiển truyền thông) / Internet Protocol (Giao thức Internet), ngày nay TCP/IP được sử dụng rộng rãi trong các m ạng c ục bộ cũng như trên mạng Internet toàn cầu. TCP/IP không chỉ gồm hai giao thức mà thực tế nó là tổ hợp c ủa nhi ều giao thức. Chúng ta gọi đó là 1 hệ giao th ức hay b ộ giao th ức (Suite Of Protocols). TCP/IP là một bộ giao thức được thiết kế để đạt được hai mục tiêu chính:
1. Cho phép truyền thông qua các đường dây của m ạng r ộng (Wide Area Network – WAN). 2. Cho phép truyền thông giữa các môi trường đa dạng. TCP/IP sử dụng mô hình truyền thông 4 tầng hay gọi là truy ền hình DoD ( mô hình của bộ quốc phòng Mỹ). TCP/IP được xem là giản lược của mô hình tham chiếu OSI, các tầng trong mô hình này là (theo th ứ t ự t ừ trên xuống): - Tầng ứng dụng ( Application Layer). - Tầng giao vận ( Transport Layer). - Tầng mạng ( Internet Layer). - Tầng liên mạng ( Network Interface Layer). Hình 2. : Kiến trúc TCP/IP Cũng tương tự như trong mô hình OSI, khi truy ền dữ liệu, quá trình tiến hành từ tầng trên xuống tầng dưới, qua mỗi tầng dữ liệu được thêm vào một thông tin điều khiển được gọi là phần header. Khi nh ận dữ liệu thì quá trình xảy ra ngược lại, qua mỗi tầng thì ph ần header t ương ứng được lấy đi và khi đến tầng trên cùng thì dữ liệu không còn ph ần header nữa.
Hình 2. : Quá trình đóng/mở gói dữ liệu trong TCP/IP Hình 2. : Cấu trúc dữ liệu trong TCP/IP Hình vẽ 2.3 cho ta thấy lược đồ dữ liệu qua các tầng. Trong hình vẽ này ta thấy tại các tầng khác nhau, dữ liệu được mang nh ững thu ật ng ữ khác nhau: - Trong tầng ứng dụng dữ liệu là các luồng được gọi là stream.
- Trong tầng giao vận, đơn vị dữ liệu mà TCP gửi xuống t ầng dưới gọi là - TCP segment. - Trong tầng mạng, dữ liệu mà IP gửi tới tầng dưới được gọi là IP datagram. - Trong tầng liên kết, dữ liệu được truyền đi gọi là frame. 2.1.1. Tầng ứng dụng ( Application layer) Tầng ứng dụng là tầng trên cùng của mô hình TCP/IP bao gồm các tiến trình và các ứng dụng cung cấp cho người sử dụng để truy cập mạng. Được dùng để định dạng và trao đổi thông tin người dùng. Một số giao thức thông dụng trong tầng này là: - DHCP ( Dynamic Host Cofiguraiton Protocol): giao thức cấu hình trạm động. - DNS (Domain Name System): hệ thống tên miền. - SNMP ( Simple Network Management Protocol): giao thức quản lý mạng đơn giản. - FTP ( File Transfer Protocol): giao thức truyền tập tin. - TFTP (Trivial File Transfer Protocol): giao truyền tập tin bình thường. - SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): giao thức gửi thư đơn giản. - TELNET: là chương trình mô phỏng thiết bị đầu cuối cho phép người dùng thiết bị login vào một máy chủ từ một máy tính nào đó trên mạng. - Tầng ứng dụng trao đổi dữ liệu với lớp dưới( lớp vận chuy ển) qua cổng. việc dùng cổng bằng số cho phép giao thức c ủa l ớp v ận chuy ển biết loại nội dung nào chứa bên trong gói dữ liệu. Những cổng được đánh bằng số và những ứng dụng chuẩn thừơng được dùng cùng cổng. Ví dụ:
giao thức FTP dùng cổ 20 cho dữ liệu và cổng 21 cho đi ều khi ển, giao th ức SMTP dùng cổng 25… 2.1.2. Tầng giao vận(Transport layer) Có trách nhiệm thiết lập phiên truyền thông giữa các máy tính và quy định cách truyền dữ liệu, hai giao thức chính cho tầng này gồm: - UDP( User Datagram Protocol): còn gọi là giao th ức gói người dùng. UDP cung cấp một dịch vụ đơn giản hơn cho t ầng ứng d ụng. Nó cung cấp kênh truyền thông phi kết nối, chỉ gửi các gói dữ liệu từ trạm này tới trạm kia mà không đảm bảo các gói tin đến được tới đích. Các ứng dụng dùng UDP thường chỉ truyền những gói có kích thước nh ỏ, độ tin cậy dữ liệu phụ thuộc vào từng ứng dụng. Các cơ chế đảm bảo độ tin c ậy cần được thực hiện bởi tầng trên. - TCP( transmission Control Protocol): Ngược lại với UDP, TCP cung cấp các kênh truyền thông hướng kết nối và đảm b ảo truy ền dữ li ệu một cách tin cậy. Nó cung cấp một luồng dữ liệu tin c ậy gi ữa hai tr ạm, s ử dụng các cơ chế như chia nhỏ các gói tin của tầng trên thành các gói tin có kích thước thích hợp cho tầng mạng bên dưới, báo nhận gói tin, đặt h ạn chế thời gian time-out để đảm bảo bên nhận biết được các gói tin đã gửi đi. TCP thường truyền các gói tin có kích thước lớn và yêu cầu phía nh ận xác nhận về các gói tin đã nhận. Do tầng này đảm bảo tính tin c ậy, t ầng trên sẽ không cần quan tâm đến nữa. 2.1.3. Tầng mạng( internet layer) Nằm bên trên tầng liên mạng. Tầng này có chức năng gán đ ịa ch ỉ, đóng gói và định tuyến( Route) dữ liệu. 4 giao thức quan trọng nh ất trong tầng này gồm: - IP( internet Protocol): Có chức năng gán địa chỉ cho dữ liệu trước khi truyền và định tuyến chúng tới đích.
- ARP ( Address Resolution Protocol): có chức năng phiên dịch địa chỉ IP của máy đích thành địa chỉ MAC. - ICMP ( Internet Control Message Protocol): có chức năng thông báo lỗi khi truyền dữ liệu bị hỏng. - IGMP ( Internet Group Managemant Protocol): có chức năng điều khiển truyền đa hướng( multicast). 2.1.4. Lớp liên mạng (Network Interface Layer) Tầng giao tiếp mạng liên quan đến việc trao đổi dữ liệu giữa hai trạm thiết bị trong cùng một mạng. Các chức năng bao gồm việc kiểm soát truy nhập môi trường truyền dẫn, kiểm soát lỗi và lưu thông dữ li ệu. Datagram được tạo bởi từ lớp mạng (Internet) sẽ được gửi xuống tới lớp liên mạng (Network Interface Layer) nếu truyền dữ liệu, hoặc tầng liên mạng (Network Interface Layer) sẽ lấy dữ liệu từ mạng và gửi nó tới lớp mạng (Internet) nếu chúng ta nhận dữ liệu. Tầng này bao gồm các thiết bị giao tiếp mạng(Card Mạng và Cáp Mạng) và chương trình cung cấp các thông tin cần thiết để có th ể ho ạt động, truy nhập đường truyền vật lý qua thiết bị giao tiếp mạng đó. Như đã đề cập ở phần trên, Ethernet là giao thức cấp dưới có ba lớp LLC ( Logic Link Control), MAC ( Media Access Control), và l ớp v ật lý physical. 2.2. Cấu trúc gói tin IP, TCP,ARP,UDP 2.2.1. Cấu trúc địa chỉ IP Mạng Internet dùng hệ thống địa chỉ IP (32 bit) để “định vị” các máy tính liên kết với nó có hai cách đánh địa ch ỉ phụ thuộc vào cách liên k ết c ủa từng máy tính cụ thể.