Kiến thức xoay quanh mô hình OSI 7 lớp (tầng)

Mô hình OSI là gì? Mô hình OSI 7 lớp (7 tầng): tầng vật lý, tầng mạng, tầng liên kết dữ liệu, tầng vận chuyển, tầng kiểm soát nối, tầng biểu diễn dữ liệu và tầng ứng dụng. Mô hình vận chuyển dữ liệu và quá trình đóng gói dữ liệu trong OSI, ví dụ mô hình OSI!

Mô hình OSI là gì? 

Mô hình OSI là mô hình phân lớp, giúp cho các máy tính các hệ thống có thể truyền thông được với nhau.

Khái quát về mô hình OSI mạng máy tính

Khi chưa có OSI, kiến trúc mạng phát triển bởi các nhà sản xuất đơn lẻ, nhược điểm: 

  • Thiết kế cho sản phẩm đơn lẻ
  • Không liên kết với các nhà sản xuất khác
  • Không tương thích giữa các mạng với nhau.

Tất yếu: Cần nhu cầu khung chuẩn về kiến trúc mạng làm căn cứ cho các nhà thiết kế và chế tạo thiết bị mạng.

Vì vậy, tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế ISO (Internatinal Organnization for Standarzation) đã xây dựng mô hình tham chiếu cho việc kết nối các hệ thống mở OSI (Open Systems Interconnection).

Mô hình này là cơ sở cho việc kết nối các hệ thống mở nhằm phục vụ cho các ứng dụng phân tán.

Kiến trúc phân tầng OSI dựa trên các nguyên tắc

  • Đơn giản => cần hạn chế số tầng
  • Các tương tác và mô tả dịch vụ tối thiểu => cần tạo ranh giới các tầng phù hợp
  • Các tầng có chức năng khác nhau và sử dụng công nghệ khác nhau được tách riêng
  • Các chức năng giống nhau đặt cùng 1 tầng
  • Các chức năng được định vị để có thể thiết kế lại mà không ảnh hưởng đến tầng khác
  • Tạo ranh giới giữa các tầng sao cho có thể chuẩn hóa giao diện tương ứng
  • Tạo 1 tầng khi dũ liệu được xử lý một cách khác biệt
  • Cho phép thay đổi các chức năng hoặc giao thức trong 1 tầng mà không làm thay đổi các tầng khác
  • Mỗi tầng chỉ có ranh giới giũa tầng trên và dưới nó
  • Có thể chia một tầng thành nhiều tầng con khi cần

Ưu điểm của mô hình OSI

  • Chia hoạt động của thông tin mạng thành những phần nhỏ và đơn giản hơn.
  • Chuẩn hóa các thành phần mạng để dễ ràng phát triển
  • Chuẩn hóa giao diện giữa các tầng
  • Dễ ràng truyền dữ liệu

Mô hình OSI 7 lớp

Mô hình OSI 7 tầng

Mô hình 7 tầng OSI 

Tầng vật lý trong mô hình OSI

Tầng vật lý định nghĩa tất cả các đặc tả về điện và vật lý cho các thiết bị như :

  • Bố trí của các chân cắm (pin)
  • Các hiệu điện thế
  • Các đặc tả về cáp nối (cable)

Các thiết bị tầng vật lý bao gồm :

  • Hub, bộ lặp (repeater)
  • Thiết bị chuyển đổi tín hiệu(Converter)
  • Thiết bị tiếp hợp mạng (network adapter)
  • Thiết bị tiếp hợp kênh máy chủ

>>>Bài viết tham khảo: Thiết bị mạng: Card mạng, hub, switch, bridge, router, gateway, bộ lặp repeater, modem…

Chức năng được thực hiện bởi tầng vật lý :

  • Chuyển đổi dữ liệu thành các bit
  • Truyền dòng các bit giữa các máy với nhau bằng đường truyền vật lý

Yêu cầu khi thiết kế:

  • Nếu bên phát gửi bít 1 thì bên thu cũng phải nhận bít 1 chứ không phải bít 0
  • Tầng này phải quy định rõ mức điện áp biểu diễn dữ liệu 1 và 0 là bao nhiêu von trong vòng bao nhiêu giây
  • Chiều truyền tin là 1 hay 2 chiều, cách thức kết nối và huỷ bỏ kết nối.

Lưu ý: Thiết kế tầng vật lý phải giải quyết các vấn đề ghép nối cơ, điện, tạo ra các hàm, thủ tục để truy nhập đường truyền, đường truyền các bít.

Tầng liên kết dữ liệu (data link)

Tầng 2 trong mô hình là tầng liên kết dữ liệu (data link). Tầng nối kết dữ liệu nhận các gói dữ liệu có tên là khung [frames] từ các tầng phía trên.

Nhiệm vụ:

  • Xác định truy xuất dữ liệu:Tháo rời các khung này thành các bít để truyền đi và ngược lại.
  • Phát hiện và có thể sửa chữa các lỗi trong tầng vật lý nếu có.

Các bước tầng liên kết dữ liệu thực hiện:

  • Chia nhỏ thành các khối dữ liệu frame (vài trăm bytes), ghi thêm vào đầu và cuối của các frame những nhóm bít đặc biệt để làm ranh giới giữa các frame.
  • Trên các đường truyền vật lý luôn có lỗi nên tầng này phải giải quyết vấn đề sửa lỗi (do bản tin bị hỏng, mất và truyền lại).
  • Giữ cho sự đồng bộ tốc độ giữa bên phát và bên thu.

Lưu ý: tầng liên kết dữ liệu chịu trách nhiệm chuyển khung dữ liệu không lỗi từ máy tính này sang máy tính khác thông qua tầng vật lý. Tầng này cho phép tầng mạng truyền dữ liệu gần như không phạm lỗi qua liên kết mạng.

Tầng mạng trong mô hình OSI (Network )

Tầng mạng là tầng 3 trong mô hình. Tầng mạng cung cấp các chức năng và qui trình cho việc truyền các chuỗi dữ liệu có độ dài khác nhau, từ một nguồn tới một đích, thông qua một hoặc nhiều mạng, trong khi vẫn duy trì chất lượng dịch vụ (quality of service) mà tầng giao vận yêu cầu, chịu trách nhiệm xây dựng các tuyến đường đi tốt nhất cho dữ liệu.

Nhiệm vụ:

  • Lập địa chỉ các thông điệp, diễn dịch địa chỉ và tên logic thành địa chỉ vật lý.
  • Kiểm soát, điều khiển đường truyền: Định rõ các bó tin được truyền đi theo con đường nào từ nguồn tới đích. Các con đường đó có thể là cố định đối với những mạng ít thay đổi, cũng có thể là các con đường chỉ được xác định trước khi bắt đầu cuộc nói chuyện. Các con đường đó có thể thay đổi tuỳ theo trạng thái tải tức thời.
  • Quản lý lưu lượng trên mạng: chuyển đổi gói, định tuyến, kiểm soát sự tắc nghẽn dữ liệu(nếu có nhiều gói tin cùng được gửi đi trên đường truyền thì có thể xảy ra tắc nghẽn )
  • Kiểm soát luồng dữ liệu và cắt hợp dữ liệu (nếu cần)

Lưu ý: Trong mạng phân tán nhiệm vụ của tầng rất đơn giản thậm chí có thể không tồn tại.

Tầng 4 giao vận (transport)

Tầng giao vận cung cấp dịch vụ chuyên dụng chuyển dữ liệu giữa các người dùng tại đầu cuối, nhờ đó các tầng trên không phải quan tâm đến việc cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu đáng tin cậy và hiệu quả.

Tầng giao vận kiểm soát độ tin cậy của một kết nối được cho trước. Một số giao thức có định hướng trạng thái và kết nối (state and connection orientated). Có nghĩa là tầng giao vận có thể theo dõi các gói tin và truyền lại các gói bị thất bại.

Nhiệm vụ:

  • Thực hiện việc truyền dữ liệu giữa hai đầu nút (end – to – end).
  • Thực hiện kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng dữ liệu từ máy → máy. Đảm bảo gói tin truyền không phạm lỗi, theo đúng trình từ, không bị mất mát hay sao chép.
  • Thực hiện việc ghép kênh, phân kênh cắt hợp dữ liệu (nếu cần). Đóng gói thông điệp, chia thông điệp dài thành nhiều gói tin và gộp các gói nhỏ thành một bộ.
  • Tầng này tạo ra một kết nối cho mỗi yêu cầu của tầng trên nó. Khi có nhiều yêu cầu từ tầng trên với thông lượng cao thì nó có thể tạo ra nhiều kết nối và cùng một lúc có thể gửi đi nhiều bó tin trên đường truyền.

Tầng 5 – Tầng phiên kiểm soát kết nối (session)

Tầng 5 – Tầng phiên  kiểm soát kết nối (session): Cung cấp phương tiện truyền thông giữa các ứng dụng: cho phép người sử dụng trên các máy khác nhau có thể thiết lập, duy trì, hủy bỏ và đồng bộ hoá các phiên truyền thông giữa họ với nhau.

Tầng phiên làm việc thường có ít nhất 3 giai đoạn:

  • Thiết lập tuyến liên kết: Bên yêu cầu dịch vụ sẽ yêu cầu bắt đầu 1 dịch vụ.Trong tiến trình xác lập ,phiên truyền thông được thiết lập và các quy tắc được xác lập.
  • Chuyển giao dữ liệu: Các quy tắc được thỏa thuận trong khi xác lập, mỗi bên của phiên làm việc sẽ biết được nội dung mong đợi. Phiên truyền thông sẽ hữu hiệu và các lỗi cũng dễ phát hiện. Ngoài việc trao đổi dữ liệu điều khiển khác quản lý cuộc làm việc.Tầng phiên làm việc cũng có thể liên kết các giao thức để bắt đầu lại các cuộc làm việc bị gián đoạn.
  • Giải phóng tuyến kết: đây là tiến trình tự để đóng phiên truyền thông và giải phóng các tài nguyên của bên cung cấp dịch vụ.

Tầng 6 biểu diễn (presentation)

Tầng 6 biểu diễn (presentation): Quyết định dạng thức trao đổi dữ liệu giữa các máy tính mạng. Người ta có thể gọi đây là bộ dịch mạng.

  • Ở bên gửi: tầng này chuyển đổi cú pháp dữ liệu từ dạng thức do tầng ứng dụng gửi xuống sang dạng thức trung gian mà ứng dụng nào cũng có thể nhận biết.
  • Ở bên nhận: tầng này chuyển các dạng thức trung gian thành dạng thức thích hợp cho tầng ứng dụng của máy nhận

Nhiệm vụ:

Phiên dịch dữ liệu: Thứ tự bit, thứ tự byte, mã kí tựcú pháp nhập tin.

  • Thứ tự bit: Khi số nhị phân truyền thông qua 1 mạng chúng được gửi theo từng bit một. Máy tính truyền có thể bắt đầu từ 1 trong 2 con số(tùy thuộc vào MSD, LSD).
  • Thứ tự byte: Các giá trị phức hợp thường phải được biểu thị bằng nhiều byte,ta cũng xét như phần thứ tự bit.
  • Mã kí tự :ASCII (Hoa kỳ,8bit),UNICODE (thế giới,16bit), EBCDIC, Shift-JIS
  • Cú pháp tập tin: Khi các dạng thức tập tin khác nhau giữa các máy tính đòi hỏi phải phiên dịch.

Mã hóa và nén dữ liệu: nhằm làm giảm bớt số bít cần truyền.

Tầng ứng dụng (application) mô hình OSI

Tầng 7 mô hình là ứng dụng (applications). Cung cấp các phương tiện để người sử dụng có thể truy nhập được vào môi trường OSI, đồng thời cung cấp các dịch vụ thông tin phân tán.

Tầng này đóng vai trò như cửa sổ dành cho hoạt động xử lý các trình ứng dụng nhằm truy nhập các dịch vụ mạng. Nó biểu diễn những dịch vụ hỗ trợ trực tiếp các ứng dụng người dùng, chẳng hạn như: phần mềm chuyển tin, truy nhập cơ sở dữ liệu và email

Tầng ứng dụng liên quan đến tiến trình cung cấp các dịch vụ trên mạng như: dịch vụ tập tin, dịch vụ in, dịch vụ cơ sở dữ liệu

Nhiệm vụ:

Thông báo các dich vụ hiện có: để thông tin cho các khách về dịch vụ sẵn có,tầng địa chỉ loan báo các địa chỉ dịch vụ này với mạng.Các địa chỉ này cung cấp cơ chế cho phép các khách liên lạc với các dịch vụ.

Dùng các dịch vụ: các khách có thể truy cập dịch vụ bằng 3 cách:

  • Ngắt lệnh gọi OS
  • Tác vụ từ xa
  • Điện toán công tác

Mô hình OSI và chức năng

Mô hình OSI và chức năng

Mô hình OSI và chức năng

Truyền dữ liệu trong mô hình OSI

Hoạt động thực thể trong mô hình OSI

Trong mỗi tầng có một hoặc nhiều thực thể hoạt động. Thực thể tầng N cung cấp dịch vụ cài đặt cho tầng N+1:

  • N gọi là người cung cấp dịch vụ
  • N+1 gọi là người sử dụng dịch vụ

Các dịch vụ là có sẵn tại nút truy cập dịch vụ (SAP) :

  • Mỗi SAP có địa chỉ duy nhất
  • Truyền thông giữa tầng trên và tầng dưới qua một giao diện
  • Thực thể N nhận dịch vụ từ thực thể N-1 thông qua việc gọi các hàm truyền nguyên thủy
  • Có 4 hàm truyền nguyên thủy

Nguyên lý hoạt động của hàm nguyên thủy

Request: làm hàm để gọi các chức năng.

Indication:

  • Gọi báo chức năng.
  • Chỉ báo một chức năng đã được gọi ở SAP.

Response: dùng để hoàn tất chức năng đã được gọi bởi hàm nguyên thủy ở SAP.

Nguyên lý hoạt động của hàm nguyên thủy

Nguyên lý hoạt động của hàm nguyên thủy

Quy trình tương tác giữa hai hệ thống A và B

  • Tầng N+1 của A gửi xuống tầng N kề nó của hàm request.
  • Tầng N của A cấu tạo một đơn vị dữ liệu gửi yêu cầu đó qua B theo giao thức N.
  • Nhận được thông báo, tầng N của B lên tầng N+1 trên hàm Indication.
  • Tầng N+1 của B gửi xuống tầng N kề dưới nó một hàm Tầng N của B cấu tạo một đơn vị dữ liệu gửi qua tầng N của giao thức Nn đã xác định.
  • Tầng N của A gửi lên tầng N+1 kề trên nó một hàm xác nhận kết thúc giao thức thao tác giữa hai hệ thống.

Phương thức liên kết:

  • Cho phép truyền dữ liệu tin cậy.
  • Quản lý kiểm soát chặt chẽ từng liên kết logic.
  • Khó cài đặt và phức tạp.

Phương thức không liên kết:

  • Các PDU truyền theo nhiều đường để đến đích.
  • Thích nghi với sự thay đổi của trạng thái của mạng.
  • Khó tập hợp các PDU đê di chuyển đến người sử dụng.

Mô hình vận chuyển dữ liệu

Mô hình vận chuyển dữ liệu

Mô hình vận chuyển dữ liệu

Quá trình đóng gói dữ liệu trong OSI

Quá trình đóng gói dữ liệu

Quá trình đóng gói dữ liệu 

Kiến trúc giao thức TCP/IP

Kiến trúc giao thức  TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) ghi dấu ấn từ quá trình  nghiên cứu và phát triển giao thức trong thí nghiệm mang tên Arpanet do ARPA (Advanced Research Projects Agency) tài trợ bởi Bộ quốc phòng Mỹ.

Khái niệm TCP/IP dùng để chỉ kiến trúc giao thức và dịch vụ truyền thông là cơ sở hình thành chuẩn cho Internet. Ngày nay, TCP/IP đã trở thành giao thức được sử dụng phổ biến trong mạng máy tính cục bộ và cả mạng truyền thông công nghiệp.

Ví dụ mô hình OSI

Ví dụ mô hình OSI

Ví dụ mô hình OSI

  • Các mũi tên nét đứt thể hiện quan hệ giao tiếp logic tương đương giữa các tầng thuộc hai trạm A và B. Ví dụ: tầng vật lý ( trạm A ) kết nối trực tiếp với tầng vật lý ( trạm B ) qua cáp truyền.
  • Khi chương trình điều khiển ở trạm A cần dữ liệu cập nhập, nó sẽ sử dụng tầng ứng dụng để gửi một yêu cầu tới trạm B.
  • Tầng ứng dụng bên A xử lý yêu cầu của chương trình điều khiển và chuyển tiếp mã lệnh xuống tầng giao vận phía dưới để xử lý dữ liệu. Tầng này biểu diễn mã lệnh thành một dãy bit có độ dài và thứ tự qui ước, sau đó chuyển tiếp xuống tầng phiên – kiểm soát nối.
  • Tầng phiên – kiểm soát nối sẽ bổ sung thông tin để phân biệt yêu cầu cập nhật dữ liệu xuất phát từ quan hệ nối logic nào và từ quá trình tính toán nào. Bước này trở nên cần thiết khi trong một chương trình ứng dụng có nhiều quá trình tính toán cần phải sử dụng dịch vụ trao đổi dữ liệu và kết quả cập nhật cho dữ liệu phải được đưa đến đúng nơi yêu cầu.
  • Tiếp theo, tầng biểu diễn hay (lớp liên kết dữ liệu ) được gắn thêm các thông tin bảo toàn dữ liệu, sử dụng thủ tục truy nhập môi trường để chuyển bức điện xuống tầng vật lý.
  • Cuối cùng, tầng vật lý (ví dụ các bộ thu phát RS-485) chuyển hóa dãy bit dữ liệu sang một dạng tín hiệu khác với đường truyền (mã hóa bit) để gửi sang bên trạm B với một tốc độ truyền qui ước sẵn.
  • Tương tự lặp lại với trạm B.

Kiến trúc phân tầng

Kiến trúc phân tầng

Kiến trúc phân tầng

Mục đích: kiến trúc phân tầng trong mạng máy tính được tạo ra nhằm giảm độ phức tạp trong thiết kế và cài đặt mạng.

Cấu trúc : Các hệ thống thành phần của mạng được tổ chức thành một cấu trúc đa tầng. Mỗi tầng được xây dựng trên tầng trước đó và sẽ cung cấp dịch vụ cho tầng cao hơn.

Nguyên tắc cấu trúc phân tầng : tầng i của A hội thoại với tầng i của B, các quy tắc tầng dưới cung cấp lên tầng trên.

Thực tế:

  • Dữ liệu không truyền trực tiếp từ tầng I của hệ thống này sang tầng i của hệ thống khác (trừ tầng thấp nhất).
  • Dữ liệu được truyền từ hệ thống gửi – sender sang hệ thống nhận – receiver bằng đường truyền vật lý, tầng cao hơn chỉ có liên kết logic (liên kết ảo) được đưa vào để hình thức hóa các hoạt động, thuận tiện cho thiết kế và cài đặt.

>>>Bài viết tham khảo: Cáp quang là gì? Thực hư câu chuyện:”cá mập cắn cáp”

>>>Chuyên mục tham khảo: Truyền thông công nghiệp

Nếu các bạn có bất cứ thắc mắc hay cần tư vấn về thiết bị dịch vụ vui lòng comment phía dưới hoặc Liên hệ chúng tôi!

Chúng tôi luôn sẵn sàng đem lại những giá trị tốt đẹp cho cộng đồng!

Youtobe Facebook Twitter

 

Sẻ chia cùng cộng đồng!

Leave a Reply

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.