TỔNG QUAN VỀ MULTICAST VÀ FTP
Tổng quan về Multicast
Unicast là phương thức truyền tải gói tin từ một địa chỉ nguồn đến một địa chỉ đích cụ thể Các gói tin này được chuyển tiếp qua Router hoặc thiết bị lớp 3 bằng cách tra cứu địa chỉ đích trong bảng định tuyến Đối với thiết bị lớp 2, quá trình này chỉ cần dựa vào địa chỉ MAC.
Broadcast là quá trình gửi gói tin từ một máy nguồn đến địa chỉ đích broadcast, có thể là địa chỉ của tất cả các host (255.255.255.255) hoặc một phần của địa chỉ subnet Các thiết bị như Router hoặc L3 switch không cho phép chuyển tiếp dữ liệu broadcast, trong khi thiết bị L2 sẽ phát tán lưu lượng broadcast ra tất cả các cổng của nó.
Multicast là phương thức truyền tải gói tin từ một địa chỉ nguồn đến một nhóm máy tính cụ thể Địa chỉ đích được xác định bởi các host mong muốn nhận lưu lượng này Mặc định, các Router hoặc switch L3 sẽ không chuyển tiếp gói tin Multicast trừ khi đã được cấu hình định tuyến Multicast Trong khi đó, switch L2 không có khả năng xác định vị trí của địa chỉ Multicast đích, do đó tất cả gói tin sẽ được phát tán ra tất cả các cổng theo chế độ mặc định.
Có hai phương thức truyền dữ liệu chính là Unicast và Broadcast Unicast cho phép dữ liệu được gửi từ một host đến một host khác, trong khi Broadcast gửi thông tin đến tất cả các host trong một phân đoạn mạng Multicast nằm giữa hai phương thức này, cho phép máy nguồn gửi gói tin từ một host đến một nhóm người dùng cụ thể có nhu cầu nhận loại lưu lượng đó, được gọi là nhóm Multicast Điều đặc biệt là các máy nhận lưu lượng Multicast có thể ở bất kỳ đâu, không chỉ giới hạn trong phân đoạn mạng cục bộ.
Traffic dạng Multicast thường chỉ diễn ra theo một chiều, với nhiều host nhận cùng một dữ liệu Do đó, các gói tin không được phép gửi ngược về máy nguồn qua cơ chế Multicast Thay vào đó, một host đích sẽ gửi traffic ngược về nguồn theo cơ chế Unicast Hơn nữa, cơ chế Multicast hoạt động theo kiểu phi kết nối và sử dụng giao thức UDP thay vì TCP.
Các host có khả năng tham gia hoặc rời khỏi nhóm Multicast bất kỳ lúc nào để nhận dữ liệu từ nguồn Multicast Họ có thể lựa chọn trở thành thành viên của một hoặc nhiều nhóm Multicast Điều quan trọng là phải lên kế hoạch phân phối lưu lượng Multicast đến các thành viên trong nhóm mà không làm ảnh hưởng đến các thành viên ngoài nhóm.
Hình 1: Multicast Transmission Sends a Single Multicast Packet Addressed to All
1.1.2 Điều kiện cần có để truyền Multicast
Có ba yêu cầu cơ bản để có thể triển khai Multicast trên một mạng:
- Phải có một tập hợp các địa chỉ dành cho các nhóm Multicast
- Phải có một cơ chế trong đó các host có thể tham gia và rời khởi nhóm
Một giao thức định tuyến hiệu quả là cần thiết để các Router có thể phân phối lưu lượng Multicast đến các thành viên trong nhóm mà không gây quá tải cho tài nguyên mạng.
Các Router và Switch cần phân biệt traffic Multicast với Unicast và Broadcast thông qua việc gán địa chỉ IP Địa chỉ lớp D, từ 224.0.0.0 đến 239.255.255.255, được sử dụng cho Multicast Các thiết bị mạng có khả năng nhanh chóng nhận diện địa chỉ Multicast bằng cách kiểm tra 4 bit bên trái của địa chỉ, luôn có giá trị 1110 Khác với địa chỉ lớp A, B, và C, địa chỉ lớp D không trải qua quá trình Subnetting.
Router và Switch kết hợp địa chỉ Multicast IP với địa chỉ MAC thông qua một cơ chế đặc biệt Do không có cơ chế tương đương với ARP, địa chỉ MAC Multicast sẽ sử dụng một giá trị đặc biệt bắt đầu bằng 0100.5e Phần 28 bit cuối của địa chỉ IP Multicast được ánh xạ vào 23 bit thấp của địa chỉ MAC bằng một thuật toán đơn giản.
Hình 2 minh họa cơ chế ánh xạ địa chỉ, trong đó chỉ có 23 bit cuối của địa chỉ IP được chuyển đổi sang địa chỉ MAC.
Có 5 bit của địa chỉ IP không được chuyển sang địa chỉ MAC, dẫn đến việc có thể có 32 địa chỉ Multicast khác nhau ánh xạ vào cùng một địa chỉ MAC Sự nhập nhằng này gây ra vấn đề cho một host Multicast khi nhận một Ethernet frame từ địa chỉ Multicast, vì một MAC có thể tương ứng với nhiều địa chỉ Multicast Do đó, host phải kiểm tra tất cả các frame liên quan và phân tích phần địa chỉ IP bên trong mỗi frame để xác định địa chỉ của từng nhóm Multicast.
Một vài không gian địa chỉ đƣợc dành riêng:
Toàn bộ không gian địa chỉ Multicast:224.0.0.0 đến 239.255.255.255
- Địa chỉ link-local: 224.0.0.0 - 224.0.0.255 đƣợc dùng bởi các giao thức định tuyến Router sẽ không chuyển các gói tin có địa chỉ này
- Các địa chỉ bao gồm địa chỉ tất cả các host all-hosts 224.0.0.1
- Tất cả các OSPF Routers 224.0.0.5…224.0.1.1 dùng cho giao thức NTP Đây là địa chỉ các nhóm cố định vì các địa chỉ này được định nghĩa trước
- Địa chỉ GLOP trong tầm 233.0.0.0 - 233.255.255.255
Địa chỉ 239.0.0.0 - 239.255.255.255 được sử dụng cho quản trị trong các vùng Multicast riêng, tương tự như dãy địa chỉ riêng trong RFC1918 Địa chỉ này không được Router chuyển tiếp giữa các miền, cho phép nó có thể được tái sử dụng nhiều lần.
Địa chỉ toàn cục từ 224.0.1.0 đến 238.255.255.255 có thể được sử dụng bởi bất kỳ đối tượng nào và có khả năng được định tuyến trên Internet, do đó, mỗi địa chỉ trong dải này cần phải duy nhất.
Router xác định các máy cần nghe lưu lượng Multicast thông qua việc cả nguồn và các máy nhận tham gia vào một nhóm Multicast, được xác định bằng địa chỉ Multicast.
Một host có thể tham gia vào nhóm Multicast bằng cách gửi yêu cầu đến Router gần nhất thông qua giao thức IGMP IGMPv1 được định nghĩa trong RFC1112, trong khi bản cải tiến IGMPv2 được quy định trong RFC2236.
Giao thức truyền file FTP
FTP (File Transfer Protocol) là giao thức truyền tải tập tin qua mạng TCP/IP, đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu nhờ vào việc sử dụng giao thức TCP đáng tin cậy Giao thức này hoạt động theo cơ chế truyền Unicast và mang tính chất hướng kết nối.
Hoạt động của FTP cần có hai máy tính, một máy chủ và một máy khách Máy chủ
FTP, dùng chạy phần mềm cung cấp dịch vụ FTP, gọi là trình chủ, lắng nghe yêu cầu về dịch vụ của các máy tính khác trên mạng lưới
Máy khách chạy phần mềm FTP dành cho người sử dụng dịch vụ, gọi là trình khách, thì khởi đầu một liên kết với máy chủ
Khi hai máy đã kết nối, máy khách có thể thực hiện nhiều thao tác với tập tin, bao gồm tải lên tập tin lên máy chủ, tải xuống tập tin từ máy chủ, đổi tên tập tin và xóa tập tin trên máy chủ.
1.2.2 Các phương thức truyền dữ liệu trong FTP
Khi kênh dữ liệu giữa máy chủ và máy khách được thiết lập, dữ liệu sẽ được truyền trực tiếp giữa hai bên tùy thuộc vào các lệnh sử dụng Thông tin điều khiển được gửi qua kênh điều khiển, cho phép toàn bộ kênh dữ liệu được sử dụng để truyền tải thông tin.
Hai kênh logic được kết hợp ở lớp dưới cùng với tất cả các kết nối TCP/UDP giữa hai thiết bị Điều này không nhất thiết cải thiện tốc độ truyền dữ liệu so với việc truyền trên một kênh duy nhất, mà chỉ giúp hai quá trình truyền dữ liệu và điều khiển trở nên độc lập.
FTP sử dụng ba phương thức truyền dữ liệu: stream mode, block mode và compressed mode, để chuyển dữ liệu giữa các thiết bị qua một kênh dữ liệu đã được thiết lập.
Chế độ stream trong truyền dữ liệu cho phép gửi các byte không cấu trúc liên tiếp qua kết nối TCP, mà không cần sử dụng trường tiêu đề cố định Điều này tạo ra sự khác biệt so với nhiều giao thức gửi dữ liệu rời rạc khác Phương thức này dựa vào tính tin cậy của TCP để đảm bảo việc truyền tải Việc báo hiệu kết thúc file được thực hiện đơn giản bằng cách ngắt kết nối khi thiết bị gửi đã hoàn tất việc truyền Trong ba phương thức truyền dữ liệu, chế độ stream là phương thức phổ biến nhất trong triển khai FTP thực tế.
- Thứ nhất, nó là phương thức mặc định và đơn giản nhất, do đó việc triển khai nó là dễ dàng nhất
Phương pháp này là phổ biến nhất, vì nó xử lý các file dưới dạng dòng byte mà không quan tâm đến nội dung bên trong của chúng.
- Thứ ba, nó là phương thức hiệu quả nhất vì nó không tốn một lượng byte
“overload” để thông báo header
Chế độ Block là phương thức truyền dữ liệu tiêu chuẩn, trong đó dữ liệu được chia thành các khối nhỏ và đóng gói thành các khối FTP Mỗi khối bao gồm một trường header 3 byte để báo hiệu độ dài và chứa thông tin về các khối dữ liệu đang được gửi Để đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu, một thuật toán đặc biệt được áp dụng nhằm kiểm tra dữ liệu đã truyền và khôi phục lại phiên truyền nếu bị ngắt.
Compressed mode là phương thức truyền sử dụng kỹ thuật nén đơn giản gọi là "run-length encoding", giúp phát hiện và xử lý các đoạn lặp trong dữ liệu để giảm chiều dài thông điệp Sau khi nén, thông tin sẽ được xử lý như trong block mode với trường header Tuy nhiên, trong thực tế, việc nén dữ liệu thường được áp dụng ở nhiều nơi khác, khiến phương thức truyền Compressed mode trở nên không cần thiết.
Khi truyền file qua Internet bằng modem tương tự, modem sẽ nén dữ liệu ở lớp 1 Các file lớn trên FTP server thường đã được nén sẵn dưới định dạng như Zip, do đó việc nén thêm trong quá trình truyền dữ liệu trở nên không cần thiết.
- Khuyến khích việc dùng chung tập tin(như chương trình ứng dụng vi tính hoặc dữ liệu)
- Khuyến khích việc sử dụng máy tính ở xa một cách gián tiếp/ âm thầm
Hệ thống lưu trữ tập tin giữa các máy chủ có sự khác biệt rõ rệt, nhưng người dùng hầu như không cần lo lắng về những khác biệt này.
- Truyền tải dữ liệu một cách đáng tin cậy và có hiệu quả cao
1.2.4 Ƣu điểm và nhƣợc điểm của FTP Ưu điểm:
- FTP là cách nhanh và hiệu quả của việc vận chuyển số lƣợng lớn dữ liệu qua Internet
Nó có khả năng sao lưu tự động, cho phép bạn cập nhật các tập tin trên hệ thống của mình bằng cách sao chép chúng vào máy chủ lưu trữ trang web Nhờ vậy, nếu trang web của bạn gặp sự cố và mất dữ liệu, bạn sẽ luôn có một bản sao an toàn trong hệ thống của mình Hệ thống cũng hỗ trợ sao lưu theo chiều ngược lại.
FTP cho phép bạn kiểm soát quá trình chuyển giao dữ liệu qua mạng, với khả năng chọn chế độ chuyển giao phù hợp Dữ liệu có thể được truyền tải theo chế độ ASCII cho các tập tin văn bản hoặc chế độ nhị phân cho các tập tin thực thi và nén.
Bạn có thể quản lý các thư mục trên hệ thống từ xa, bao gồm việc xóa hoặc đổi tên các tập tin, trong khi thực hiện chuyển dữ liệu giữa hai máy.
Khi sử dụng FTP, bạn có thể áp dụng các công cụ tương tự như lệnh trong ngôn ngữ lập trình để nâng cao hiệu quả và đơn giản hóa công việc của mình.
- Do sử dụng TCP nên chỉ có thể truyền theo cơ chế Unicast nên chỉ truyền 1-1
- Khi cần truyền 1- nhiều hoặc nhiều - nhiều sẽ cần tạo nhiều kết nối 1 - 1 dẫn đến tốn tài nguyên, thời gian truyền lâu
- Vì vậy khi cần truyền file theo kiểu 1- nhiều hoặc nhiều – nhiều cần có một giải pháp khác.
UFTP - GIẢI PHÁP TRUYỀN FILE MULTICAST
Tổng quan UFTP
UFTP – Encrypted UDP based FTP with Multicast
UFTP là một chương trình truyền tập tin an toàn và hiệu quả, sử dụng cơ chế Multicast để gửi dữ liệu đến nhiều người nhận cùng lúc Chương trình này mã hóa dữ liệu dựa trên TLS và cho phép nhiều người nhận chia sẻ một khóa chung Ý tưởng chính của UFTP là kết hợp các cơ chế kiểm soát dữ liệu của TCP vào giao thức UDP.
Mô tả giao thức UFTP
Một phiên truyền UFTP gồm 3 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Thông báo/ Đăng ký
- Giai đoạn này thiết lập phiên truyền tập tin Multicast và thương lượng tất cả các thông số mã hóa
- Các server sẽ gửi một thông báo trên một địa chỉ Multicast Tất cả các thông tin từ máy chủ sau đó đi qua một hệ thống Multicast
- Client đăng ký gửi trả lời thông báo
Các máy chủ sẽ gửi một xác nhận chứa các khóa mã hóa khi cơ chế mã hóa được kích hoạt Nếu Client nhận được các khóa này, nó sẽ gửi lại một gói xác nhận cho máy chủ.
+ Bƣ ớc 1: Bắt đầu Server sẽ gửi một tin nhắn mô tả tập tin truyền bao gồm:
- Tên và kích thước của tập tin
Tập tin được chia thành nhiều khối và các khối này được tổ chức thành các phần Khối A là một phần của tập tin được gửi trong một đơn gói tin Phần A bao gồm nhóm các khối có thể được gửi trước khi máy chủ yêu cầu thông tin phản hồi từ các máy khách.
- Tổng số số lƣợng các khối
- Các gói dữ liệu được gửi bởi các Server theo một tỷ lệ được quy định bởi người sử dụng
Do UDP không đảm bảo thứ tự nhận gói tin, các Client cần phải tổ hợp lại tập tin một cách chính xác Vì vậy, khi hoàn thành một phần, Server sẽ gửi thông điệp yêu cầu trạng thái đến các Client.
- Các Client gửi lại một thông báo trạng thái có chứa danh sách các NAKs cho các khối trong phần đã gửi
Khi tất cả các phần dữ liệu đã được gửi, nếu Server nhận được bất kỳ NAK nào từ Client với giá trị khác 0, nó sẽ tiến hành gửi lại các gói tin bị lỗi.
Máy chủ sẽ tiếp tục gửi dữ liệu cho đến khi tất cả các Client thông báo hoàn thành hoặc khi hết thời gian chờ nhận thông tin trạng thái từ các Client.
- Khi một Client đã nhận đƣợc toàn bộ tập tin, nó sẽ gửi một tin nhắn hoàn thành tới Server
Bước 1 và 2 trong giai đoạn này được lặp đi lặp lại trong suốt phiên làm việc
- Giai đoạn 3: Hoàn thành/xác nhận
- Giai đoạn này kết thúc phiên làm việc giữa Server và Client Nó bắt đầu với một thông điệp từ thông báo kết thúc phiên
- Các Client trả lời với một thông điệp hoàn thành
- Server gửi thông điệp xác nhận với mỗi thông điệp hoàn thành mà nó nhận
1 Giai đoạn thông báo/ đăng ký có mã hóa
1.1 Trường hợp không có proxy
1.2 Trường hợp có proxy server/client
Thông báo Đăng ký CLIENT_KEY KEYINFO
Server Proxy Server Proxy Client Client
Thông báo Đăng ký CLIENT_KEY Đăng ký CLIENT_KEY
1.3 Trường hợp proxy đáp ứng
2 Giai đoạn thông báo/ đăng ký mà không cần mã hóa
2.1 Trường hợp không có proxy
2.2 Trường hợp proxy Server/ Client
Thông báo Đăng ký CLIENT_KEY Đăng ký CLIENT_KEY KEYINFO
Thông báo Đăng ký REG_CONF
Server Proxy Server Proxy Client Client
Thông báo Đăng ký REG_CONF Đăng ký
2.3 Trường hợp proxy chủ đáp ứng
3 Giai đoạn truyền tập tin
4 Giai đoạn hoàn thành/ xác nhận
REG_CONF Đăng ký Đăng ký
Hoàn thành INFO_ACK Client
UFTP ID Hàm Kích thước khối
Nhóm ID Địa chỉ nguồn Địa chỉ đích
Xác định số phiên bản của giao thức Hiện nay là 0x30
Số lƣợng thông điệp của thông điệp bao hàm Nếu thông điệp đƣợc mã hóa, điều này luôn luôn xác định số lƣợng thông điệp cho mã hóa
Kích thước của toàn bộ gói UFTP trong byte, ngoài ra không bao gồm tiêu đề này(phải là bội số của 4)
Một ký hiệu nhận dạng duy nhất cho phiên hiện tại
Địa chỉ IP của người gửi, được xác định bằng 32 bit, đóng vai trò quan trọng trong việc nhận diện địa chỉ Multicast của server Đối với client hoặc proxy, địa chỉ này là một trong hai IP phù hợp với danh sách địa chỉ đã được chỉ định.
IP đƣợc liệt kê trong một thông điệp hoặc địa chỉ IP không phải của vòng lặp đầu tiên
- Địa chỉ đích : 32 bit Địa chỉ IP đây là thông điệp dành cho bước cuối cùng
Nhãn thời gian giây Nhãn thời gian micro giây
Chiều dài chữ ký Tải trọng chiều dài
Chữ ký là một phần quan trọng trong việc xác thực thông điệp mã hóa, bao gồm tải trọng và chữ ký đi kèm Nó có thể là HMAC sử dụng nhóm khóa hoặc chữ ký RSA, tùy thuộc vào lựa chọn của server Chữ ký này đảm bảo tính toàn vẹn và xác thực của thông điệp UFTP được gửi đi.
- Nhãn thời gian giây :32 bit
Thời gian hiện tại đƣợc biểu diễn theo giây tính từ giai đoạn UNIX 01/01/1970 UTC
- Nhãn thời gian micro giây: 32 bit
Một phần triệu giây trong dòng thời gian hiện tại được sử dụng để tính toán tính đối xứng trong mã hóa tải trọng khóa IV.
- Chiều dài chữ ký: 16 bits
Chiều dài của chữ ký trong nhóm bit (phải là bội số của 4)
- Tải trọng chiều dài : 16 bits
Chiều dài của tải trọng mã hóa trong nhóm bit (phải là bội số của 4)
Chữ ký cho thông điệp này áp dụng cho toàn bộ gói tin UFTP, bao gồm cả tiêu đề UFTP Chữ ký có thể là một HMAC sử dụng các nhóm khóa HMAC hoặc chữ ký RSA sử dụng khóa riêng RSA của người gửi.
- Tải trọng mã hóa: biến thiên
Thông điệp đƣợc mã hóa, mã hóa với nhóm khóa đối xứng
Hàm Cờ Số lƣợng đích
Khoảng thời gian thông báo Khoảng thời gian thông báo
Khoảng thời gian đăng ký Khoảng thời gian thực hiện
Thời gian thông báo Thời gian trạng thái MTU Địa chỉ Multicast riêng
Quyền máy khách Loại chữ ký Loại Hash Loại khóa
Chiều dài modun khóa công khai Dự trữ
Số mũ khóa công khai
Modun khóa công khai Địa chỉ IP máy khách
Server gửi thông điệp để bắt đầu quá trình truyền tập tin, bao gồm thông tin cần thiết cho client để khởi động phiên làm việc Danh sách khách hàng được phép cho các thành viên trong nhóm được quy định cụ thể Nhiều thông điệp có thể được gửi để đảm bảo phù hợp với danh sách đầy đủ của client, và những thông điệp này sẽ được truyền qua địa chỉ Multicast công khai Các thông điệp server tiếp theo sẽ được gửi qua địa chỉ Multicast riêng Nếu server cần gửi lại thông điệp cho các thành viên trong nhóm, chỉ những client không phản hồi sẽ được liệt kê.
Số lƣợng cho thông điệp này luôn là 1
Nếu được thiết lập, điều này cho thấy phiên được biểu diễn bởi thông điệp này là một sự khởi động lại của phiên trước, với tất cả các bit cần được thiết lập thành 0.
Số lượng địa chỉ IP của client được đề cập trong thông điệp này sẽ là 0 đối với các thành viên ngoài nhóm, trong khi đối với các thành viên trong nhóm, con số này sẽ luôn khác 0.
Số một phần nghìn giây server sẽ chờ đợi trước khi truyền lại một (A DONE)cái đã thực hiện
- Khoảng thời gian đăng ký: 16 bits
Số một phần nghìn giây, client nên chờ đợi trước khi truyền lại một ĐĂNG KÝ THÀNH VIÊN
- Khoảng thời gian thực hiện: 16 bits
Số một phần nghìn giây, client nên chờ đợi trước khi truyền lại một bổ sung (COMPLETE)khi đã đầy đủ một DONE_CONF
- Thời gian thông điệp: 8 bits
Số giây server có thể chời đợi cho một ĐĂNG KÝ hoặc INFO_ACK
Giai đọan thông báo/ đăng ký hoặc INFO_ACK trong giai đoạn thông tin tập tin trước khi tiếp tục giai đoạn tiếp theo
- Thời gian trạng thái: 8 bits
Server có thể chờ một khoảng thời gian nhất định sau khi gửi một hoặc nhiều thông điệp thực hiện (DONE) trước khi cho phép bất kỳ client nào không gửi trạng thái hoặc hoàn thành (COMPLETE) tiếp tục vào giai đoạn truyền dữ liệu.
Tổng kích thước của IP thông điệp để gửi như là qui định của server Cái này bao gồm
Tiêu đề IP và UDP, cùng với thông điệp UFTP, cần được chú ý đến việc không tính đến sự tồn tại của tiêu đề IP tùy chọn Khi có khả năng thêm tiêu đề IP tùy chọn, giá trị này nên được đặt thấp hơn MTU đường dẫn để tránh tình trạng phân mảnh gói tin IP.
Quyền hạn client được xác định bằng 8 bits, cho phép quyết định xem liệu client có cần gửi thêm một thông điệp CLIENT_KEY trong quá trình đăng ký thành viên (REGISTER) hay không Giá trị hợp lý cho trường hợp này là 1 nếu có, và 0 nếu không.
Quy định cụ thể số loại chữ ký của chữ ký để sử dụng mã hóa thông điệp Xem phần
Hằng số thông điệp để xem danh sách các giá trị hợp lý
- Loại Hash (dữ liệu hỏng): 8 bits