Mô hình TCP/IP là gì? 4 tầng TCP/IP, giao thức từng tầng và so sánh với mô hình OSI

Mô hình TCP/IP là gì?

TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) là bộ giao thức (protocol suite) định nghĩa cách các thiết bị giao tiếp với nhau trong mạng nội bộ và trên Internet. TCP và IP là hai giao thức cốt lõi, nhưng bộ giao thức gồm rất nhiều giao thức khác như UDP, ICMP, DNS, DHCP, HTTP.

TCP/IP được DARPA (Mỹ) phát triển từ những năm 1970 và ARPANET chuyển hẳn sang dùng TCP/IP năm 1983. Mô hình tổ chức bộ giao thức này theo 4 tầng, mô tả trong RFC 1122: Application, Transport, Internet và Link. Giáo trình Cisco/CCNA thường gọi tầng dưới cùng là Network Access, và đây là cách gọi bài viết này dùng song song với "Link".

Khác với mô hình OSI vốn là mô hình tham chiếu, TCP/IP là kiến trúc thực sự vận hành Internet. Hiểu TCP/IP là nền tảng để cấu hình thiết bị, đọc gói tin và xử lý sự cố mạng.

⚡ Điểm nhanh về mô hình TCP/IP

• Số tầng: 4 (Application, Transport, Internet, Link/Network Access).
• Bản chất: bộ giao thức đang chạy thật trên Internet và mạng doanh nghiệp, khác với OSI là mô hình tham chiếu.
• Hai giao thức cốt lõi: TCP (tầng Transport, tin cậy) và IP (tầng Internet, địa chỉ và định tuyến).
• Đơn vị dữ liệu: segment (TCP) hoặc datagram (UDP) ở Transport, packet ở Internet, frame ở Link.
• Địa chỉ: cổng (port) ở Transport, IP ở Internet, MAC ở Link.
• Tương quan với OSI: Application gộp tầng 5-6-7, Transport = tầng 4, Internet = tầng 3, Link gộp tầng 1-2 (theo giáo trình CCNA).
• TCP hay UDP: cần chính xác và đủ dữ liệu thì dùng TCP; cần độ trễ thấp thì dùng UDP.

4 tầng của mô hình TCP/IP

Tầng Application

Nơi ứng dụng truy cập dịch vụ mạng. Tầng này gồm giao thức người dùng (HTTP, SMTP, FTP, SSH) và giao thức hỗ trợ (DNS, DHCP, SNMP). RFC 1122 mô tả tầng Application của TCP/IP gộp chức năng các tầng trên cùng của OSI; giáo trình CCNA trình bày là gộp ba tầng 7, 6 và 5.

Tầng Transport

Cung cấp dịch vụ truyền đầu-cuối cho ứng dụng và dùng số cổng để biết dữ liệu thuộc ứng dụng nào. Hai giao thức chính:

Một số cổng thường gặp: HTTP 80, HTTPS 443, SSH 22, SMTP 25, DNS 53, DHCP 67/68 (UDP).

Tầng Internet

Gán địa chỉ IP và định tuyến gói tin qua nhiều mạng để đến đích. IP là giao thức không kết nối và không đảm bảo giao hàng; độ tin cậy do tầng Transport (ví dụ TCP) bảo đảm. ICMP, dùng cho ping và traceroute, được RFC 1122 coi là một phần của tầng Internet. Router làm việc chủ yếu ở tầng này, xem thiết bị tại Router Cisco.

Tầng Link (Network Access)

Chịu trách nhiệm truyền dữ liệu qua một liên kết vật lý cụ thể: Ethernet, Wi-Fi, PPP, cáp quang. Tầng này gồm card mạng, driver, địa chỉ MAC và cả phương tiện truyền. Switch làm việc chủ yếu ở tầng này, xem Switch Cisco và module quang cho các kết nối cáp quang.

Dữ liệu đi qua mô hình TCP/IP như thế nào?

Khi gửi, dữ liệu đi từ Application xuống Link; mỗi tầng thêm header của mình (đóng gói, encapsulation). Phía nhận làm ngược lại (mở gói, decapsulation).

1. Application: trình duyệt tạo yêu cầu HTTPS (tên miền đã được DNS phân giải ra IP).
2. Transport: TCP chia dữ liệu thành segment, ghi cổng nguồn và cổng đích 443, số thứ tự, checksum.
3. Internet: IP đóng segment vào packet, thêm IP nguồn, IP đích và TTL.
4. Link: Ethernet hoặc Wi-Fi đóng packet vào frame, thêm MAC nguồn, MAC đích và FCS. Nếu đích ở mạng khác, MAC đích là MAC của default gateway; IP đích vẫn giữ nguyên suốt đường đi.
5. Phía nhận: kiểm tra frame, bóc packet, kiểm tra IP, ráp lại segment theo số thứ tự rồi chuyển lên ứng dụng.

So sánh TCP/IP và OSI

Sơ đồ đối chiếu (theo giáo trình CCNA):

Vì sao TCP/IP phổ biến hơn OSI trong thực tế?

• Thực dụng và có sẵn sản phẩm: TCP/IP phát triển từ nhu cầu thực tế kết nối các mạng với nhau và đã chạy trên ARPANET trước khi các giao thức OSI được triển khai rộng rãi.
• Đơn giản hơn: 4 tầng, ít ràng buộc hơn, dễ triển khai.
• Độc lập với công nghệ đường truyền: chạy được trên Ethernet, Wi-Fi, cáp quang, di động, vệ tinh.
• OSI vẫn có giá trị: là ngôn ngữ chung để mô tả và khoanh vùng lỗi theo tầng, nên kỹ sư mạng cần hiểu cả hai.

Những điểm hay bị hiểu sai

• ARP: RFC 1122 xếp ARP vào tầng Link, còn nhiều tài liệu đặt ARP ở ranh giới giữa tầng 2 và tầng 3.
• Giao thức định tuyến: OSPF chạy trực tiếp trên IP, còn BGP chạy trên TCP (cổng 179) nên xét chặt chẽ về mặt tầng thì BGP là giao thức tầng Application dù phục vụ định tuyến.
• DHCP và DNS: là giao thức tầng Application (DHCP dùng UDP 67/68, DNS thường dùng UDP hoặc TCP cổng 53) dù có vai trò hạ tầng.
• Số tầng: một số giáo trình dạy mô hình lai 5 tầng (Application, Transport, Network, Data Link, Physical); RFC 1122 và giáo trình CCNA dùng 4 tầng.

Câu hỏi thường gặp

Mô hình TCP/IP có mấy tầng?

4 tầng theo RFC 1122 và giáo trình CCNA: Application, Transport, Internet, Link (còn gọi Network Access). Một số tài liệu dạy bản 5 tầng bằng cách tách Link thành Data Link và Physical.

TCP và UDP khác nhau như thế nào?

TCP có kết nối, xác nhận và truyền lại nên đảm bảo dữ liệu đến đủ và đúng thứ tự, dùng cho web, email, truyền file. UDP không kết nối, không bảo đảm nhưng nhanh và nhẹ, dùng cho DNS, VoIP, video trực tiếp và game.

IP address và MAC address khác nhau thế nào?

MAC là địa chỉ ở tầng Link, dùng để chuyển frame trong cùng một mạng LAN. IP là địa chỉ ở tầng Internet, dùng để định tuyến qua nhiều mạng và có thể thay đổi theo cấu hình. ARP ánh xạ từ IP sang MAC trong mạng nội bộ.

Port number dùng để làm gì?

Số cổng (0-65535) ở tầng Transport cho biết dữ liệu thuộc ứng dụng nào trên một máy. Ví dụ HTTPS dùng cổng 443, SSH dùng cổng 22, DNS dùng cổng 53.

Lệnh ping hoạt động ở tầng nào của TCP/IP?

Ping dùng ICMP, thuộc tầng Internet. Ping gửi ICMP Echo Request và chờ Echo Reply để kiểm tra đường đi IP và đo độ trễ.

IPv4 và IPv6 khác nhau thế nào?

IPv4 dùng địa chỉ 32-bit (khoảng 4,3 tỷ địa chỉ), nguồn địa chỉ đã cạn ở cấp phân bổ toàn cầu. IPv6 dùng 128-bit, giúp giảm nhu cầu dùng NAT, hỗ trợ cấu hình địa chỉ tự động và đủ không gian cho IoT. Nhiều doanh nghiệp triển khai dual-stack (chạy song song hai phiên bản) trong giai đoạn chuyển tiếp.

Học CCNA nên học OSI hay TCP/IP?

Cả hai. Đề thi thường hỏi theo OSI, còn cấu hình và đọc gói tin thực tế theo TCP/IP. Học bài bản từng bước trong khóa CCNA: Bài 2: Mô hình OSI, Bài 3: Mô hình TCP/IP.

Thông tin liên quan

• Mô hình OSI là gì? 7 tầng và cách khoanh vùng lỗi mạng
• Khóa học CCNA online
• Bài 2: Mô hình OSI 7 tầng (CCNA)
• Bài 3: Mô hình TCP/IP (CCNA)
• Packet Tracer là gì? Hướng dẫn tải và cài đặt
• Hướng dẫn sử dụng Packet Tracer cho người mới
• Switch Cisco, Router Cisco, Firewall FortiGate

Ghi chú minh bạch

Kiến trúc 4 tầng, vị trí của ICMP và ARP được đối chiếu với RFC 1122; đặc tả TCP theo RFC 9293 và UDP theo RFC 768. Cách gộp tầng khi đối chiếu với OSI theo giáo trình CCNA; RFC 1122 mô tả tầng Application của TCP/IP tương ứng với các tầng trên cùng của OSI nên số tầng OSI được gộp có thể khác nhau giữa các tài liệu. Phần so sánh với OSI dựa trên ISO/IEC 7498-1:1994.