Mô hình OSI – Mô hình chuẩn cho hệ thống mạng máy tính

Mô hình OSI được xem là một mô hình chuẩn cho hệ thống mạng máy tính. Với mô hình này, toàn bộ quá trình hoạt động của mạng máy tính được mô hình thành 7 lớp và module hóa dữ liệu để hoạt động một cách mượt mà.

Qua bài viết này, chúng ta sẽ khám phá từng thành phần trong mô hình này.

Khái quát về mô hình OSI

Mô hình OSI (Open Systems Interconnection Reference Model) – tạm dịch là mô hình tham chiếu kết nối các hệ thống mở, hay còn được gọi là mô hình bảy tầng của OSI.

Mô hình OSI mô tả bảy tầng mà hệ thống máy tính sử dụng để giao tiếp qua mạng. Đây là mô hình tiêu chuẩn đầu tiên cho truyền thông mạng, được tất cả các công ty máy tính và viễn thông lớn áp dụng vào đầu những năm 1980.

Hiện nay, mô hình TCP/IP đơn giản đang dần thay thế mô hình này. Tuy nhiên, một người khi nghiên cứu mạng máy tình phải bắt đầu bằng mô hình OSI là điều cơ bản nhất.

Việc nắm vững mô hình này cũng giúp ích rất nhiều cho một kỹ sư mạng khi thực hành và tìm lỗi sau này.

Mô hình OSI được giới thiệu vào năm 1983 bởi đại diện của các công ty máy tính và viễn thông lớn, và được ISO và IUT-T thông qua như một tiêu chuẩn quốc tế vào năm 1984. Mô hình OSI là một mô hình được định nghĩa bởi Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế, cho phép các hệ thống truyền thông đa dạng giao tiếp bằng cách sử dụng các giao thức chuẩn.

Mô hình này có thể được xem như một ngôn ngữ chung cho mạng máy tính. Nó được 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 dựa trên khái niệm chia hệ thống liên lạc thành bảy lớp trừu tượng, mỗi lớp xếp chồng lên lớp cuối cùng.

Mục đích của mô hình OSI

Mục đích của mô hình OSI là tăng khả năng truyền thông và trao đổi thông tin giữa các hệ thống khác nhau mà không đòi hỏi sự thay đổi về phần cứng hoặc phần mềm của hệ thống hiện tại.

Tầm quan trọng của Mô hình OSI

Mô hình OSI, hay mô hình kết nối hệ thống mở, đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực giao tiếp mạng bằng cách tóm tắt cấu trúc và chức năng của các thành phần phần mềm và phần cứng.

Sau đây là một số lợi ích quan trọng của mô hình OSI:

1. Hiểu biết chung về hệ thống phức tạp

Mô hình OSI hỗ trợ kỹ sư tổ chức và mô hình hóa kiến trúc của các hệ thống kết nối mạng phức tạp. Bằng cách phân chia lớp hoạt động dựa trên chức năng chính, nó giúp quản lý và hiểu biết về hệ thống một cách rõ ràng.

2. Nghiên cứu và phát triển nhanh hơn

Khi xây dựng hệ thống mới, kỹ sư có thể hiểu rõ công việc của mình thông qua mô hình OSI. Điều này giúp họ phát triển công nghệ cần thiết để hệ thống giao tiếp mạng mới hoạt động hiệu quả. Đồng thời, tạo điều kiện cho việc phát triển hệ thống nhanh chóng bằng cách sử dụng quy trình và giao thức đã chuẩn hóa.

3. Chuẩn hóa linh hoạt

Mô hình OSI không chỉ định giao thức, mà chỉ định nhiệm vụ của giao thức. Điều này giúp chuẩn hóa quá trình phát triển giao tiếp mạng, giúp người làm việc nhanh chóng nắm bắt, xây dựng, và phân tách các hệ thống mà không cần phải hiểu biết về mọi khía cạnh chi tiết của mô hình. Bảng dưới đây cho thấy cách mô hình OSI được sử dụng trong lĩnh vực phát triển ứng dụng hiện đại.

Các giao thức trong mô hình OSI là gì?

Các giao thức trong mô hình OSI là yếu tố rất quan trọng, có 2 giao thức được sử dụng trong mô hình là giao thức hướng liên kết và giao thức không liên kết.

Giao thức hướng liên kết (Connection Oriented)

Trước khi bắt đầu quá trình truyền dữ liệu, các thực thể trong cùng một tầng của 2 hệ thống khác nhau cần phải thiết lập một liên kết logic chung. Chúng tiến hành trao đổi, thương lượng với nhau về tập các tham số sẽ sử dụng trong quá trình truyền dữ liệu, có thể là cắt bớt hoặc hợp nhất dữ liệu, liên kết sẽ được hủy bỏ. Việc thiết lập liên kết logic này sễ giúp nâng cao độ tin cậy và an toàn.

Giao thức không liên kết (Connectionless)

Với các giao thức không liên kết chỉ có giai đoạn duy nhất truyền dữ liệu và dữ liệu khi này được truyền độc lập trên cái tuyến khác nhau.

Vai trò và chức năng của 7 tầng OSI

Tầng 7 – Application Layer ( Tầng ứng dụng)

Tầng ứng dụng là lớp trên cùng, xác định giao diện giữa người sử dụng và môi trường OSI. Tầng ứng dụng được sử dụng bởi phần mềm người dùng cuối như trình duyệt web và ứng dụng email. Nó cung cấp các giao thức cho phép phần mềm gửi, nhận thông tin và trình bày dữ liệu có ý nghĩa cho người dùng.

Một vài ví dụ về giao thức lớp ứng dụng là Hypertext Transfer Protocol (HTTP – Giao thức truyền siêu văn bản), Post Office Protocol (POP – Giao thức bưu điện), Simple Mail Transfer Protocol (SMTP – Giao thức truyền thư đơn giản), Domain Name System (DNS – Hệ thống tên miền) và File Transfer Protocol (FTP – Giao thức truyền tệp).

Tầng 6 – Presentation Layer (Tầng trình bày)

Tầng thứ hai kế tiếp tầng ứng dụng là tầng trình bày, tầng này sẽ giải quyết các vấn đề liên quan đến các cú pháp và ngữ nghĩa của thông tin được truyền.

Tầng trình bày xác định cách hai thiết bị sẽ mã hóa và nén dữ liệu để nó được nhận một cách chính xác ở đầu bên kia. Tầng trình bày lấy bất kỳ dữ liệu nào được truyền bởi tầng ứng dụng và chuẩn bị cho việc truyền qua tầng phiên.

Tầng này chịu trách nhiệm chính trong việc chuẩn bị dữ liệu để nó có thể được sử dụng bởi tầng ứng dụng. Nói cách khác, tầng 6 làm cho dữ liệu hiển thị cho các ứng dụng sử dụng. Tầng trình bày chịu trách nhiệm dịch, mã hóa và nén dữ liệu.

Hai thiết bị đang giao tiếp có thể sử dụng các phương pháp mã hóa khác nhau, do đó tầng 6 chịu trách nhiệm dịch dữ liệu đến thành một cú pháp mà lớp ứng dụng của thiết bị nhận có thể hiểu được. Nếu các thiết bị đang giao tiếp qua kết nối được mã hóa, tầng 6 chịu trách nhiệm thêm mã hóa ở đầu người gửi cũng như giải mã mã hóa ở đầu người nhận để nó có thể hiển thị tầng ứng dụng với dữ liệu có thể đọc được, không được mã hóa.

Cuối cùng, lớp trình bày cũng chịu trách nhiệm nén dữ liệu mà nó nhận được từ lớp ứng dụng trước khi phân phối đến tầng 5. Điều này giúp cải thiện tốc độ và hiệu quả của giao tiếp bằng cách giảm thiểu lượng dữ liệu sẽ được truyền.

Tầng 5 – Session Layer (Tầng phiên)

Đây là lớp chịu trách nhiệm đóng mở giao tiếp giữa hai thiết bị. Khoảng thời gian từ khi giao tiếp được mở và đóng được gọi là phiên. Tầng phiên đảm bảo rằng phiên vẫn mở đủ lâu để chuyển tất cả dữ liệu đang được trao đổi, và sau đó nhanh chóng đóng phiên để tránh lãng phí tài nguyên.

Lớp phiên cũng đồng bộ hóa việc truyền dữ liệu với các điểm kiểm tra.

Tầng 4 – Transport Layer (Tầng vận chuyển)

Tầng 4 chịu trách nhiệm giao tiếp đầu cuối giữa hai thiết bị. Điều này bao gồm việc lấy dữ liệu từ lớp phiên và chia nó thành các phần được gọi là phân đoạn trước khi gửi đến tầng 3. Tầng truyền tải trên thiết bị nhận có trách nhiệm tập hợp lại các phân đoạn thành dữ liệu mà tầng phiên có thể sử dụng.

Tầng vận chuyển cũng chịu trách nhiệm kiểm soát luồng và kiểm soát lỗi. Kiểm soát luồng xác định tốc độ truyền tối ưu để đảm bảo rằng người gửi có kết nối nhanh không làm người nhận có kết nối chậm bị choáng ngợp. Tầng truyền tải thực hiện kiểm soát lỗi ở đầu nhận bằng cách đảm bảo rằng dữ liệu nhận được là hoàn chỉnh và yêu cầu truyền lại nếu chưa.

Tầng 3- Network Layer (Tầng mạng)

Tầng mạng có nhiệm vụ tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền dữ liệu giữa hai mạng khác nhau. Nếu hai thiết bị giao tiếp trên cùng một mạng, thì tầng mạng là không cần thiết. Tầng mạng chia nhỏ các phân đoạn từ lớp truyền tải thành các đơn vị nhỏ hơn, được gọi là gói, trên thiết bị của người gửi và tập hợp lại các gói này trên thiết bị nhận. Tầng mạng cũng tìm ra con đường vật lý tốt nhất để dữ liệu đến đích của nó; điều này được gọi là định tuyến.

Tầng 2 – Data Link Layer (Tầng liên kết)

Tầng liên kết dữ liệu rất giống với tầng mạng, ngoại trừ tầng liên kết dữ liệu tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền dữ liệu giữa hai thiết bị trên cùng một mạng . Tầng liên kết dữ liệu lấy các gói từ tầng mạng và chia chúng thành các phần nhỏ hơn gọi là khung.

Giống như tầng mạng, tầng liên kết dữ liệu cũng chịu trách nhiệm điều khiển luồng và điều khiển lỗi trong giao tiếp nội mạng (Tầng vận chuyển chỉ làm nhiệm vụ điều khiển luồng và điều khiển lỗi cho truyền thông giữa các mạng).

Tầng 1 – Physical Layer (Tầng vật lý)

Lớp này bao gồm các thiết bị vật lý liên quan đến việc truyền dữ liệu, chẳng hạn như cáp và thiết bị chuyển mạch. Đây cũng là lớp nơi dữ liệu được chuyển đổi thành một luồng bit, là một chuỗi gồm các số 1 và 0. Lớp vật lý của cả hai thiết bị cũng phải đồng ý về một quy ước tín hiệu để các số 1 có thể được phân biệt với các số 0 trên cả hai thiết bị.

Kết luận

Như vậy, việc phân rã toàn bộ hệ thống truyền số liệu qua mô hình 7 lớp OSI đã giúp cho việc module hóa dữ liệu một cách rõ ràng.

Mỗi lớp đảm nhiệm một vai trò nhất định trong việc cung cấp và xử lý dữ liệu cùng với các thiết bị hiện diện trên mạng. Ví dụ: Router sẽ hoạt động ở Lớp 3, Switch hoạt động ở lớp 2…

Bên cạnh đó, Mô hình OSI cũng giúp cho những nhà phát triển ứng dụng truyền số liệu dễ dàng phát triển các ứng dụng theo từng lớp.