Mô hình OSI là gì? Các tầng trong mô hình OSI liên kết như thế nào?

Vinh Phạm

2477

13-06-2024

Mô hình OSI đóng vai trò thiết yếu trong mạng Internet hiện nay. Vậy mô hình OSI có ý nghĩa như thế nào? Từng tầng trong mô hình hoạt động ra sao? Hãy cùng Bizfly Cloud tìm hiểu trong bài viết hôm nay nhé.

Mô hình OSI là gì? 

Mô hình OSI là mô hình tham chiếu kết nối các hệ thống mở, một thiết kế dựa vào nguyên lý tầng cấp, lý giải một cách trừu tượng kỹ thuật kết nối truyền thông giữa các máy vi tính và thiết kế giao thức mạng giữa chúng. Mô hình này được phát triển thành một phần trong kế hoạch Kết nối các hệ thống mở (Open Systems Interconnection) do ISO và IUT-T khởi xướng. Nó còn được gọi là Mô hình bảy tầng của OSI

Đôi nét về mô hình OSI

Open System Interconnection – mô hình OSI được tổ chức Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế - International Standards Organization (ISO) phát triển. Mô hình chia giao tiếp mạng thành 7 tầng. Tầng 1-4 là các tầng cấp thấp thông thường thực hiện các nhiệm vụ di chuyển dữ liệu. Tầng 5-7 là tầng cấp cao có chứa các dữ liệu ở cấp độ ứng dụng. Cách thức vận hành của các network nằm trong một quy tắc chung, đó là chuyển dữ liệu đi. Mỗi một tầng sẽ thực hiện các tác vụ đặc thù và sau đó, chuyển đi các dữ liệu tới tầng tiếp theo.

Mô hình OSI có cách thức hoạt động như thế nào?

Cách thức hoạt động của mô hình OSI sẽ được thể hiện như sau:

Truyền thông từ nguồn đến đích

Khi một thiết bị muốn gửi dữ liệu tới thiết bị khác, dữ liệu sẽ đi qua bảy tầng của mô hình OSI từ trên xuống dưới ở phía gửi và từ dưới lên trên ở phía nhận.

Đóng gói dữ liệu

Tại mỗi tầng, dữ liệu được thêm vào một phần tiêu đề (header) chứa thông tin điều khiển liên quan đến tầng đó. Quá trình này được gọi là đóng gói dữ liệu

Truyền qua mạng

Dữ liệu đóng gói ở tầng vật lý được truyền qua phương tiện truyền dẫn như cáp hoặc không dây tới thiết bị đích.

Mở gói dữ liệu

Tại thiết bị đích, dữ liệu đi ngược lại qua các tầng của mô hình OSI, mỗi tầng sẽ xử lý phần tiêu đề của nó và chuyển dữ liệu lên tầng trên cho đến khi đạt đến tầng ứng dụng.

Vai trò và chức năng của 7 tầng OSI

Tầng 7 - Application Layer (Tầng ứng dụng)

Tầng Application trong mô hình OSI là tầng trên cùng trong mô hình, chịu trách nhiệm xác định giao diện giữa người dùng cuối và môi trường OSI. Tầng Application cung cấp các giao thức giúp phần mềm gửi, nhận thông tin và trình bày dữ liệu cho người dùng.

Các đối tác giao tiếp, chất lượng dịch vụ sẽ được xác định, xem xét và cân nhắc xác thực người dùng, quyền riêng tư và bất kỳ ràng buộc nào về cú pháp dữ liệu. Tầng này chủ yếu cung cấp nền tảng làm việc (framework) mà ứng dụng đó chạy bên trên.

Telnet và FTP là các ứng dụng tồn tại hoàn toàn ở cấp Application. Kiến trúc ứng dụng tầng là một phần của tầng này.

Các ví dụ về ứng dụng ở tầng này bao gồm các trình duyệt WWW, NFS, SNMP, Telnet, HTTP và FTP.

Tầng 6 - Presentation Layer (Tầng trình bày)

Tầng Presentation trong mô hình OSI giải quyết các vấn đề về cú pháp và ngữ nghĩa của thông tin truyền đi, nhằm biểu diễn thông tin phù hợp với thông tin làm việc của mạng và ngược lại. Nói cách khác, sau khi lấy dữ liệu từ tầng Application, tầng này sẽ cung cấp khả năng biểu diễn dữ liệu độc lập (ví dụ: mã hóa) và biến đổi các dữ liệu này thành định dạng chuẩn để các tầng khác có thể hiểu được.

Để giao tiếp mạng có thể diễn ra đúng cách, dữ liệu cần được cấu trúc theo một chuẩn nào đó, và công việc này diễn ra ở tầng Session. Đôi khi tầng này còn được gọi là tầng syntax.

Ví dụ về Presentation bao gồm mã hóa, ASCII, EBCDIC, TIFF, GIF, PICT, JPEG, MPEG, MIDI.

Tầng 5 - Session Layer (Tầng phiên)

Tầng phiên trong mô hình OSI cho phép người dùng trên nhiều máy khác nhau thiết lập, duy trì và đồng bộ phiên truyền thông với nhau. Nói một cách đơn giản, tầng phiên có khả năng thiết lập “các giao dịch” giữa các thực thể đầu cuối.

Tầng này cung cấp liên kết giữa hai đầu cuối sử dụng dịch vụ phiên để đồng bộ trao đổi dữ liệu và khi kết thúc thì giải phóng liên kết. Trong phương thức truyền đồng thời hay luân phiên, quá trình này sử dụng token để truyền dữ liệu, đồng bộ hóa và hủy bỏ liên kết. Nhờ thiết lập nhiều điểm đồng bộ hóa trong hội thoại nên khi xảy ra sự cố, hội thoại có thể được khôi phục từ một điểm đồng bộ hóa đã thỏa thuận.

Ví dụ về Session bao gồm NFS, NetBios Name, RPC, SQL.

Tầng 4 - Transport Layer (Tầng vận chuyển)

Tầng 4 trong mô hình OSI là tầng cao nhất liên quan đến các giao thức trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống mở. Tầng này hỗ trợ các chuyển giao dữ liệu trong suốt giữa các end system hoặc các host, chịu trách nhiệm cho việc phục hồi lỗi end-to-end và kiểm soát luồng từ đầu đến cuối.

Windows cho phép người dùng có thể chạy nhiều ứng dụng cùng lúc, do đó, hệ điều hành sẽ hỗ trợ cho các giao tiếp đồng thời. Tầng Transport sẽ lấy dữ liệu từ các ứng dụng và tích hợp chúng trong cùng một luồng để chuyển giao dữ liệu. Về cơ bản, tầng này giúp đảm bảo chu trình truyền dữ liệu hoàn chỉnh từ máy gửi đến máy nhận.

Ví dụ về tầng transport bao gồm SPX, TCP, UDP.

Tầng 3 - Network Layer (Tầng mạng)

Tầng 3 trong mô hình OSI cung cấp các công nghệ chuyển mạch và định tuyến, tạo các logic path hay còn được biết đến là các mạch ảo, để truyền dữ liệu từ node này sang node khác. Định tuyến và chuyển tiếp là các chức năng cơ bản của tầng này cũng như address, internetworking, xử lý lỗi, kiểm soát tắc nghẽn và trình tự packet.

Hiểu một cách cơ bản, tại tầng network này, dữ liệu sẽ được chia thành các gói nhỏ để tránh tình trạng kích thước dữ liệu vượt quá dung lượng tối đa của 1 gói, sau đó thực hiện gán cho mỗi gói một thứ tự nhận dạng. Ở phía máy người nhận, khi dữ liệu đến, tầng network sẽ chịu trách nhiệm kiểm tra thứ tự nhận dạng của các gói để lấy cơ sở sắp xếp chúng đúng với thứ tự đã được gán khi gửi.

Lấy một ví dụ để hình dung, khi bạn gửi đi một email có dung lượng quá lớn, bạn chia nhỏ mail đó thành các mail với dung lượng nhỏ hơn và đánh số thứ tự để người nhận có thể nắm được trình tự nội dung trong đó.

Ví dụ về tầng Network bao gồm AppleTalk DDP, IP, IPX.

Tầng 2 - Data Link Layer (Tầng liên kết)

Tầng liên kết dữ liệu trong mô hình OSI thực hiện việc thiết lập, duy trì, hủy bỏ các liên kết dữ liệu, đồng thời kiểm soát lỗi và lưu lượng.

Tại tầng này, các gói dữ liệu sẽ được mã hóa và giải mã thành các bit. Data link cung cấp kiến thức về giao thức truyền tải, quản lý, xử lý các lỗi trong tầng physical, điều khiển luồng và đồng bộ hóa frame. Tầng Data link này được chia thành 2 tầng con: tầng Media Access Control (MAC) và Logical Link Control (LLC). Tầng MAC sẽ kiểm soát việc truy cập và truyền tải dữ liệu của máy tính trên mạng. Tầng LLC kiểm soát đồng bộ hóa frame, kiểm soát luồng và kiểm tra lỗi.

Ví dụ về Data link bao gồm PPP, FDDI, ATM, IEEE 802.5 / 802.2, IEEE 802.3 / 802.2, HDLC, Frame Relay.

Tầng 1 - Physical Layer (Tầng vật lý)

Đây là tầng dưới cùng trong mô hình OSI, chịu trách nhiệm xác định các chức năng, thủ tục về điện, cơ, quang để kích hoạt, duy trì và giải phóng kết nối vật lý giữa các hệ thống mạng. Tầng Physical cung cấp các tài nguyên phần cứng để gửi và nhận dữ liệu trên một carrier, bao gồm xác định cáp, card và các thành phần vật lý.

Ngoài ra, tầng này còn đảm bảo các yêu cầu về chuyển mạch hoạt động nhằm tạo ra đường truyền thực cho các chuỗi bit thông tin. Các chuẩn trong tầng vật lý là các chuẩn xác định giao diện người dùng và môi trường mạng. Fast Ethernet, RS232 và ATM là các giao thức với thành phần trong tầng Physical.

Quá trình xử lý dữ liệu của mô hình OSI

Quá trình hoạt động của mô hình OSI được chia ra làm 2 bước cơ bản là xử lý dữ liệu từ máy gửi và xử lý dữ liệu từ máy nhận

Xử lý dữ liệu từ máy gửi

• Tầng 7 (tầng ứng dụng), người dùng sẽ gửi dữ liệu vào máy tính ở dạng hình ảnh hoặc văn bản.
• Tầng 6 (tầng trình bày) sẽ tiếp nhận thông tin, thông sẽ sẽ được mã hóa và nén lại.
• Tầng 5 (tầng phiên), dữ liệu được xử lý và bổ sung các thông tin cần thiết.
• Tầng 4 (tầng vận chuyển), dữ liệu sẽ được chia ra thành các phần nhỏ và bổ sung thêm thông tin như cách vận chuyển để tăng tính bảo mật.
• Tầng 3 (tầng mạng) dữ liệu lại tiếp tục được chia nhỏ ra thành nhiều gói thông tin. Các gói này lại được vận chuyển đúng tuyến đường định sẵn.
• Tầng 2 (tầng liên kết), thông tin lại được cắt nhỏ thành các Frame và bổ sung thêm các gói tin chứa dữ liệu nhằm mục đích kiểm tra tại đầu máy nhận khi thông tin đến.
• Tầng 1 (tầng vật lý), các Frame được chuyển thành bit nhị phân rồi đưa lên các công cụ truyền dẫn tới máy nhận.

Xử lý dữ liệu ở máy nhận

• Tầng 1 (tầng vật lý), dữ liệu sẽ được tiến hành kiểm tra đồng bộ, đưa chuỗi bit nhị phân vào phần đệm.
• Tầng 2 (tầng liên kết), các frame dữ liệu được kiểm tra xem có lỗi nào hay không. Nếu thấy frame bị lỗi sẽ tiến hành hủy bỏ. Tiếp đến là kiểm tra địa chỉ liên kết có khớp với máy nhận không. Nếu kết quả chính xác, lớp liên kết sẽ thực hiện gỡ bỏ Header để chuyển dữ liệu đến tầng 3.
• Tầng 3 (tầng mạng), thực hiện kiểm tra địa chỉ gói tin có phải địa chỉ máy nhận không. Nếu chính xác sẽ gỡ bỏ Header và chuyển lên tầng 4.
• Tầng 4 (tầng vận chuyển), thông tin sẽ được xử lý lỗi và hỗ trợ phục hồi bằng việc gửi những gói tin NAK, ACK. Các gói tin sẽ sử dụng để phản hồi xem gói chứa dữ liệu đã được gửi tới máy nhận chưa.
• Tầng 5 (tầng phiên), kiêm tra gói tin có còn nguyên vẹn không khi tới máy nhận.
• Tầng 6 (tầng trình bày), chuyển đổi định dạng dữ liệu để gói tin được xử lý.
• Tầng 7 (tầng ứng dụng), Application nhận dữ liệu và gỡ bỏ nốt phần Header và kết thúc quá trình tiếp nhận.

Các giao thức trong mô hình OSI

Có hai giao thức được sử dụng trong mô hình OSI là giao thức hướng liên kết và giao thức không liên kết.

Giao thức hướng liên kết (Connection Oriented)

Trước khi truyền dữ liệu, các thực thể trong cùng một tầng của hai hệ thống khác nhau sẽ thiết lập một liên kết logic chung. Tiếp theo, chúng sẽ tiến hành giao tiếp với nhau về tập các tham số, có thể cắt bớt hoặc hợp nhất dữ liệu, liên kết khi đó sẽ được hủy bỏ. Việc thiết lập liên kế này giúp làm tăng độ tin cậy và an toàn.

Giao thức không liên kết (Connectionless)

Chỉ có một giai đoạn duy nhất truyền dữ liệu trong giao thức không liên kết. Khi đó, dữ liệu được truyền độc lập trên nhiều tuyến khác nhau.

So sánh mô hình OSI và TCP/IP

Mô hình OSI

• Là mô hình lý thuyết, được sử dụng cho hệ thống máy tính
• Được phát triển bởi ISO
• Có 7 tầng
• Ít phổ biến hơn TCP/IP, ít người sử dụng
• Tiếp cận theo chiều dọc
• Phát triển mô hình trước, giao thức sau
• Hỗ trợ kết nối không dây và định tuyến
• Không có sự kết hợp giữa các tầng
• Không bị phụ thuộc

Mô hình TCP/IP

• Là mô hình Server - Client, được sử dụng để truyền dữ liệu qua Internet
• Được phát triển bởi Bộ Quốc phòng (DoD)
• Có 4 tầng
• Được sử dụng phổ biến trên toàn thế giới
• Tiếp cận theo chiều ngang
• Phát triển giao thức trước, mô hình sau
• Hỗ trợ truyền thông không kết nối từ tầng mạng
• Trong tầng ứng dụng có tầng trình diễn và tầng phiên kết hợp với nhau
• Phụ thuộc vào giao thức

Ưu, nhược điểm của mô hình OSI

Ưu điểm

• Hỗ trợ chuẩn hóa bộ chuyển mạch, bộ định tuyến, bo mạch chủ,...
• Giảm bớt độ phức tạp, chuẩn hóa giao diện
• Đảm bảo tương thích công nghệ, tạo điều kiện thuận lợi cho kỹ thuật mô-đun
• Cho phép thay thế giao thức hiện có bằng giao thức mới khi công nghệ thay đổi
• Hỗ trợ các dịch vụ hướng kết nối và dịch vụ không kết nối
• Linh hoạt thích ứng với nhiều giao thức khác nhau

Nhược điểm

• Không xác định được giao thức cụ thể
• Một số dịch vụ được nhân bản trong nhiều tầng như tầng Data Link và Transport
• Các tầng không hoạt động song song được do phải đợi để lấy dữ liệu từ tầng trước đó

Tham khảo www.webopedia.com, https://quantrimang.com