Trong mạng máy tính khổng lồ có tên gọi Internet, các thiết bị điện toán gửi nhiều loại tin nhắn khác nhau đến các thiết bị điện toán khác. Tin nhắn đó có thể chỉ là một gói công cụ kiểm tra kết nối (ping) để kiểm tra xem thiết bị khác có đang kết nối mạng hay không và cũng có thể là cả một trang web.
Tuy nhiên, vẫn có giới hạn với kích thước của một tin nhắn. Lí do là bởi lượng dữ liệu có thể truyền tải vào một thời điểm qua kết nối mạng vật lý giữa các thiết bị cũng có giới hạn.
Chính vì vậy, nhiều giao thức mạng phân chia mỗi tin nhắn thành các gói tin nhỏ hơn. Giao thức Internet (Internet Protocol, IP) mô tả cấu trúc của các gói tin di chuyển trên khắp Internet.
Mỗi gói tin IP chứa tiêu đề (dài 20 hoặc 24 byte) và dữ liệu (độ dài phụ thuộc vào nội dung). Tiêu đề bao gồm địa chỉ IP của máy nguồn và máy đích cùng một số trường khác giúp định tuyến gói tin. Dữ liệu là nội dung cần gửi, như một chuỗi ký tự hoặc một phần của trang web.
Bạn có thể tưởng tượng về các gói tin IP như những lá thư gửi qua bưu điện: phần tiêu đề là phong bì chứa tất cả thông tin định tuyến cần thiết mà bưu điện yêu cầu, phần dữ liệu là bức thư chỉ dành cho người nhận.
Giống như hệ thống bưu chính có thể định tuyến dựa trên thông tin được cung cấp để gửi các bức thư đi khắp thế giới, Giao thức Internet cũng có cách thức định tuyến để gửi các gói tin IP đi khắp Internet.
Giao thức Internet (Internet Protocol, IP) là một tập hợp các quy tắc quy định cụ thể cách định tuyến thông tin từ máy tính này sang máy tính kia trong mạng. Mỗi tin nhắn được chia thành từng gói tin, mỗi gói tin này sẽ di chuyển từ bộ định tuyến (router) này đến bộ định tuyến kia trên đường đến máy đích.
Trong bài đọc này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu quy trình gửi một gói tin từ máy nguồn đến máy đích.
Bước 1: Gửi gói tin đến bộ định tuyến
Máy tính sẽ gửi gói tin đầu tiên đến bộ định tuyến gần nhất. Bộ định tuyến là một thiết bị dùng trong mạng máy tính và có chức năng chuyển tiếp các gói tin.
Ngay lúc này, phần lớn các bạn đều sẽ có thể tìm thấy bộ định tuyến ở nhà hoặc trong lớp học. Đây là điểm dừng đầu tiên của những gói tin xuất phát từ máy tính mà bạn đang dùng.
Bước 2: Bộ định tuyến tiếp nhận gói tin
Khi bộ định tuyến nhận được một gói tin, nó sẽ xem xét phần tiêu đề IP. Trường quan trọng nhất trong tiêu đề là địa chỉ IP đích, cho biết đích đến cuối cùng của gói tin đó.
Tiêu đề IP
Trường thông tin
Nội dung
Địa chỉ IP nguồn
216.3.192.1
Địa chỉ IP đích
91.198.174.192
Phiên bản
4
Số bộ định tuyến còn lại
64
… và khoảng hơn 10 trường thông tin khác!
Bước 3: Bộ định tuyến chuyển tiếp gói tin
Bộ định tuyến có thể chuyển gói tin theo nhiều con đường khác nhau. Tuy nhiên, mục tiêu của bộ định tuyến là gửi gói tin đến một bộ định tuyến khác gần với máy đích hơn.
Vậy bộ định tuyến sẽ chọn hướng đi như thế nào? Bộ định tuyến có bảng chuyển tiếp (forwarding table) giúp nó chọn ra đường truyền phù hợp dựa trên địa chỉ IP đích. Bảng này không chứa hết tất cả các địa chỉ IP vì số địa chỉ IP khả thi là \[2^{32}\], quá nhiều để có thể lưu trữ hết. Thay vào đó, bảng chuyển tiếp sẽ chỉ liệt kê tiền tố của địa chỉ IP.
Tiền tố của địa chỉ IP
Đường truyền
91.112
1
91.198
2
192.92
3
…
Địa chỉ IP có cấu trúc phân cấp. Thông thường, hai địa chỉ IP có phần tiền tố giống nhau có nghĩa là chúng cùng nằm trong một mạng máy tính lớn, ví dụ như mạng Comcast SF. Dựa trên nguyên lí đó, bảng chuyển tiếp của bộ định tuyến sẽ phải lưu trữ ít thông tin hơn.
Khi bộ định tuyến xác định được hàng phù hợp nhất với địa chỉ IP đích trong bảng, nó sẽ gửi gói tin theo đường truyền tương ứng.
Bước 4: Bộ định tuyến cuối cùng chuyển tin nhắn đến đích
Nếu không có vấn đề phát sinh, sớm hay muộn, gói tin cũng sẽ đến được một bộ định tuyến biết chính xác máy đích của nó ở đâu.
Tiền tố của địa chỉ IP
Đường truyền
91.112
1
91.198.174.192
Trực tiếp
192.92
2
…
Khi đã tìm được địa chỉ IP đích, bộ định tuyến có thể hoàn thành quá trình gửi tin nhắn.
Đường truyền dự phòng và khả năng chịu lỗi
Trong Giao thức Internet (Internet Protocol, IP), máy tính chia tin nhắn thành các gói tin và các gói tin như vậy sẽ được chuyển từ bộ định tuyến này đến bộ định tuyến khác trên đường đến máy đích:
Điều gì sẽ xảy ra nếu đường truyền của mạng không hoạt động, chẳng hạn như khi bị phá hủy bởi thảm họa thiên nhiên hoặc bị tội phạm mạng chiếm quyền kiểm soát? Các gói tin có thể đến đích được không?
Đường truyền dự phòng
Thông thường, gói tin có thể đi theo nhiều đường truyền khác nhau cùng dẫn đến một máy đích. Sự tồn tại của các đường truyền dự phòng như vậy giúp mạng vẫn có thể hoạt động khi một trong số các đường truyền gặp sự cố.
Giả sử ta có mạng bao gồm các bộ định tuyến ở bốn thành phố lớn như sau:
Có rất nhiều đường truyền để chuyển gói tin từ bộ định tuyến Oakland đến bộ định tuyến New York.
Đường truyền ngắn nhất là từ Oakland qua Austin rồi đến New York:
Một đường truyền khác dài hơn là đi từ Oakland đến Austin, rồi đến Tampa và cuối cùng là New York.
Vì sao ta cần có đường truyền dự phòng? Vì trong trường hợp đường dây kết nối giữa bộ định tuyến Austin và New York không hoạt động, vẫn sẽ có con đường khác để chuyển gói tin đến máy đích.
Các đường truyền dự phòng trong mạng giúp gia tăng lựa chọn trong quá trình chuyển gói tin đến đích.
ARPANET được coi là tiền thân của mạng Internet ngày nay, là mạng máy tính đầu tiên thử nghiệm công nghệ Internet vào năm 1969 với 4 máy tính.
Dưới đây là sơ đồ vận hành của APARNET vào năm 1969, trong đó SRI là Viện nghiên cứu Stanford (Stanford Research Institute), UCSB là Đại học California, Santa Barbara (University of California, Santa Barbara), UCLA là Đại học California, Los Angeles (University of California, Los Angeles):
Khả năng chịu lỗi
Hệ thống có khả năng chịu lỗi là hệ thống vẫn có thể tiếp tục hoạt động bình thường khi các thành phần của nó gặp sự cố.
Mạng Internet là một hệ thống rộng lớn và phức tạp với hàng triệu thành phần có thể bị hỏng bất cứ lúc nào, và trên thực tế nhiều thành phần trong số đó đã từng hỏng. Tuy nhiên tính đến năm 2020, chưa ai có thể đánh sập được toàn bộ Internet.
Số lượng các đường truyền dự phòng là một yếu tố then chốt góp phần củng cố khả năng chịu lỗi của Internet.
Hãy quan sát số lượng cáp ngầm xuyên biển kết nối bờ đông Hoa Kỳ với Tây Âu:
Nếu một trong những dây cáp này bị hỏng thì vẫn sẽ còn những dây cáp khác có thể đảm đương trách nhiệm vận chuyển thông tin xuyên Đại Tây Dương.
Nói cách khác, không có một điểm lỗi duy nhất nào trong hệ thống kết nối hai bờ Đại Tây Dương. Điểm lỗi duy nhất là thành phần có thể khiến toàn bộ hệ thống bị sập nếu nó gặp lỗi. Để tăng cường khả năng chịu lỗi của hệ thống, ta cần tìm kiếm điểm lỗi duy nhất và tìm cách bổ sung phương án dự phòng tại điểm đó.
Tiếp theo, hãy cùng quan sát số lượng ít ỏi những tuyến cáp xuyên biển kết nối các đảo ở vùng Polynesia, Nam Thái Bình Dương:
Tuyến cáp giữa Quần đảo Cook và Polynesia thuộc Pháp bị đứt sẽ gây ảnh hưởng đến Internet trên các đảo đó như thế nào?
Một tuyến cáp bị đứt có thể ảnh hưởng đến cả một quốc gia. Vào năm 2019, một chiếc mỏ neo được kéo lê trên đáy biển đã cắt đứt tuyến cáp nối tới Tonga và khiến nước này mất Internet trong 11 ngày.\[^1\]
Các tuyến cáp có thể mỏng manh hơn bạn nghĩ. Vào năm 2011, một bà cụ ở Georgia đã vô tình làm hỏng tuyến cáp bằng xẻng, khiến toàn bộ Armenia mất Internet trong 5 tiếng.\[^2\]
Việc dây cáp đường truyền bị đứt xảy ra khá thường xuyên, như chuyên gia phân tích mạng Stephan Beckert nhận xét là “3 ngày một lần”\[^3\]. Trong hầu hết các trường hợp, người dùng Internet sẽ không thấy có gì khác biệt và sau đó một trong những tàu sửa cáp sẽ làm phần việc của mình\[^4\]. Nếu người dùng nhận thấy sự khác biệt, xác suất xuất hiện điểm lỗi duy nhất là rất cao và điều đó cho thấy đã đến lúc bổ sung phương án dự phòng cho hệ thống.
Tại sao chúng ta không lắp đặt tuyến cáp dự phòng ở mọi nơi? Câu trả lời là, chi phí rất cao. Tuyến cáp xuyên biển kết nối Tonga và Fiji ước tính có chi phí khoảng 30 triệu đô la, và đó là một tuyến cáp tương đối ngắn\[^5\]. Khi Google lắp đặt tuyến cáp quang tốc độ cao giữa Mỹ và Tokyo, chi phí là 300 triệu đô la\[^6\].
Khi việc lắp đặt hệ thống dự phòng tương tự trở nên quá tốn kém, một giải pháp để đối phó với sự cố là tìm cách chuyển sang hệ thống khác, kể cả cho dù đó là hệ thống có hiệu suất thấp hơn. Trong sự cố mất Internet ở Tonga, các công ty vệ tinh đã nhanh chóng tham gia cung cấp dịch vụ Internet\[^7\]. Mặc dù tốc độ đường truyền không bằng cáp quang nhưng kết nối Internet dù chậm cũng tốt hơn là không có kết nối Internet nào cả.
ARPANET năm 1970 có khả năng chịu lỗi khá thấp. Hệ thống có rất ít kết nối giữa các nút mạng nên chỉ cần một lỗi cũng có thể dễ dàng khiến ARPANET bị gián đoạn.
Rất vui khi bạn tới website chia sẻ kiến thức và kinh nghiệm thực hành của tôi trong lĩnh vực Marketing và Kinh doanh. Tôi tốt nghiệp chuyên ngành Marketing, ngành Quản trị kinh doanh bậc cử nhân và cao học tại Việt Nam. Tôi bắt đầu viết bài SEO từ năm 3 đại học và đã trải qua nhiều lĩnh vực khác nhau trước khi giảng dạy về Digital Marketing & Thương mại điện tử.
