Một phần quan trọng trong quá trình sáng tạo ra thứ gì đó là khả năng tưởng tượng những điều chưa từng tồn tại.
Kỹ năng này đã đóng vai trò then chốt trong việc tạo ra Internet. Nếu không ai từng hình dung ra công nghệ nền tảng mà hầu hết chúng ta ngày nay coi như hiển nhiên, thì sẽ không có những meme mèo để xem.
Để làm cho Internet trở nên khả thi, hai khái niệm cần được hình dung là các lớp (layers) và giao thức (protocols).
Các lớp là những ranh giới khái niệm nhóm các chức năng tương tự lại với nhau. Từ "giao thức" (protocol) có nghĩa xấp xỉ là "cách mà chúng ta đã thống nhất để làm việc tại đây".
Nói ngắn gọn, cả lớp lẫn giao thức có thể giải thích cho một đứa trẻ năm tuổi như là "những ý tưởng mà mọi người đồng ý là hay, sau đó ghi lại để người khác có thể làm việc với cùng những ý tưởng đó".
Bộ giao thức Internet (Internet Protocol Suite) được mô tả dưới dạng các lớp và giao thức. Tổng thể, bộ này đề cập đến các giao thức truyền thông cho phép chúng ta lướt web vô tận.
Nó thường được gọi bằng các giao thức nền tảng của nó: Giao thức Kiểm soát Truyền (Transmission Control Protocol - TCP) và Giao thức Internet (Internet Protocol - IP). Khi gom lại với nhau thành TCP/IP, các giao thức này mô tả cách dữ liệu trên Internet được đóng gói, định địa chỉ, gửi đi và nhận về.
Dưới đây là lý do tại sao Bộ giao thức Internet, hay TCP/IP, giống như một chiếc bánh layer cake cầu vồng hư cấu.
Các lớp là hư cấu
Nếu bạn xem xét bản chất chung của một chiếc bánh sponge layer cake cầu vồng, nó chủ yếu được làm từ sự mềm mịn, tan chảy trong miệng của vị vanilla. Sự ngon ngon này bản thân nó bao gồm trứng, bơ, bột mì và chất làm ngọt.
Không có nhiều thứ phân biệt một lớp bánh sponge cầu vồng này với lớp khác. Thường thì sự khác biệt duy nhất giữa các lớp là màu thực phẩm và một chút kem. Khi suy nghĩ kỹ, từ trên xuống dưới toàn là bánh. Các lớp cầu vồng chỉ tồn tại vì người làm bánh nghĩ rằng chúng nên có mặt.
Tương tự như nguyên liệu làm bánh, các lớp trong bối cảnh mạng máy tính chủ yếu bao gồm các giao thức, thuật toán và cấu hình, với một chút dữ liệu rải rác.
Việc nói về mạng máy tính sẽ dễ dàng hơn nếu các chức năng đa dạng của nó được chia thành các nhóm, vì vậy một số người đã đưa ra mô tả về các lớp, mà chúng ta gọi là các mô hình mạng. TCP/IP chỉ là một trong những mô hình mạng đó. theo nghĩa này, các lớp là khái niệm, không phải là vật thể thực tế.
Một số người liên quan là thành viên của Nhóm Kỹ thuật Mạng Internet (Internet Engineering Task Force - IETF). Họ đã tạo ra bản xuất bản RFC-1122, thảo luận về các lớp truyền thông của Internet. Là một nửa của toàn bộ, tiêu chuẩn này:
…bao gồm các lớp giao thức truyền thông: lớp liên kết (link layer), lớp IP, và lớp truyền tải (transport layer); RFC-1123 đi kèm bao gồm các giao thức ứng dụng và hỗ trợ.
Các lớp được mô tả bởi RFC-1122 và RFC-1123 mỗi lớp bao đóng các giao thức thỏa mãn chức năng của lớp đó. Hãy xem xét từng lớp truyền thông này và xem TCP và IP xếp chồng như thế nào trong mô hình chiếc bánh layer cake Internet này.
Giao thức lớp liên kết (Link Layer)
Lớp liên kết là phân loại giao thức truyền thông cơ bản nhất, hay cấp thấp nhất. Nó xử lý việc gửi thông tin giữa các máy chủ (host) trên cùng một mạng cục bộ, và dịch dữ liệu từ các lớp cao hơn sang lớp vật lý.
Các giao thức trong lớp liên kết mô tả cách dữ liệu tương tác với truyền tải vật lý, chẳng hạn như tín hiệu điện tử được gửi qua phần cứng cụ thể. Khác với các lớp khác, giao thức lớp liên kết phụ thuộc vào phần cứng đang được sử dụng.
Giao thức lớp Internet (Internet Layer)
Các giao thức trong lớp Internet mô tả cách dữ liệu được gửi và nhận qua Internet. Quá trình này bao gồm việc đóng gói dữ liệu thành các gói tin (packets), định địa chỉ và truyền gói tin, cũng như nhận các gói tin dữ liệu đến.
Giao thức nổi tiếng nhất trong lớp này cung cấp hai chữ cái cuối cho TCP/IP. IP là một giao thức không kết nối (connectionless), nghĩa là nó không đảm bảo các gói tin được gửi hoặc nhận theo đúng thứ tự, trên cùng một đường dẫn, thậm chí là hoàn toàn.
Độ tin cậy được xử lý bởi các giao thức khác trong bộ, chẳng hạn như ở lớp truyền tải.
Hiện có hai phiên bản IP đang được sử dụng: IPv4 và IPv6. Cả hai phiên bản đều mô tả cách các thiết bị trên Internet được gán địa chỉ IP, được dùng khi bạn truy cập xem meme mèo.
IPv4 được dùng rộng rãi hơn, nhưng chỉ có 32 bit để định địa chỉ, cho phép khoảng 4,3 tỷ (khoảng 4,3×109) địa chỉ khả thi. Chúng đang cạn kiệt, và IPv4 cuối cùng sẽ gặp tình trạng cạn kiệt địa chỉ khi càng ngày càng nhiều người dùng nhiều thiết bị hơn trên Internet.
Phiên bản kế nhiệm IPv6 nhằm giải quyết cạn kiệt địa chỉ bằng cách sử dụng 128 bit cho địa chỉ. Điều này cung cấp, ửm, rất nhiều khả năng địa chỉ hơn (khoảng 3,4×1038).
Giao thức lớp truyền tải (Transport Layer)
Tháng 5 năm 1974, Vint Cerf và Bob Kahn (thường được gọi chung là "cha đẻ của Internet") đã xuất bản một bài báo mang tên "Một Giao thức cho Truyền thông Mạng Gói tin" (A Protocol for Packet Network Intercommunication).
Bài báo này chứa mô tả đầu tiên về một Chương trình Kiểm soát Truyền (Transmission Control Program), một khái niệm bao gồm những gì sau này được gọi là Giao thức Kiểm soát Truyền (TCP) và Giao thức Đồ gói tin Người dùng (User Datagram Protocol - UDP). (Tôi đã có vinh dự gặp Vint và có thể xác nhận rằng ông ấy trông chính xác như Kiến trúc sư trong bộ phim Matrix.)
Lớp truyền tải hiện nay bao đóng TCP và UDP. Giống như IP, UDP là không kết nối và có thể dùng để ưu tiên thời gian hơn độ tin cậy.
TCP, ngược lại, là một giao thức lớp truyền tải có kết nối (connection-oriented) ưu tiên độ tin cậy hơn độ trễ (thời gian). TCP mô tả việc truyền dữ liệu theo cùng thứ tự như khi gửi, truyền lại các gói tin bị mất, và kiểm soát tốc độ truyền dữ liệu.
Giao thức lớp ứng dụng (Application Layer)
Lớp ứng dụng mô tả các giao thức mà các ứng dụng phần mềm tương tác thường xuyên nhất. Đặc tả bao gồm mô tả giao thức đăng nhập từ xa Telnet, Giao thức Truyền tệp (File Transfer Protocol - FTP) và Giao thức Truyền thư đơn giản (Simple Mail Transfer Protocol - SMTP).
Cũng bao gồm trong lớp ứng dụng là Giao thức Truyền siêu văn bản (Hypertext Transfer Protocol - HTTP) và phiên bản kế nhiệm an toàn của nó, HTTPS (Hypertext Transfer Protocol Secure).
HTTPS được bảo mật bởi Bảo mật lớp truyền tải (Transport Layer Security - TLS), có thể nói là lớp trên cùng của mô hình mạng được mô tả bởi bộ giao thức Internet.
Nếu bạn muốn hiểu sâu hơn về TLS và cách giao thức này bảo mật việc xem meme mèo của bạn, mời bạn đọc bài viết của tôi về TLS và mật mã học.
Chiếc bánh Internet vẫn đang nở
Giống như một chiếc bánh sponge vẫn đang nở, các mô tả về lớp, giao thức tốt hơn và mô hình mới đang được phát triển mỗi ngày. Internet, hoặc bất kỳ thứ gì nó sẽ trở thành trong tương lai, vẫn đang trong quá trình được hình dung ra.
Nếu bạn thích học từ bài viết này, còn rất nhiều nội dung tương tự! Tôi viết về máy tính, an ninh mạng và xây dựng đội ngũ kỹ thuật xuất sắc. Hãy tham gia cùng hàng nghìn người học từ các bài viết trên victoria.dev! Ghé thăm và đăng ký qua email hoặc RSS để xem bài mới đầu tiên.