Mô hình OSI là gì? Chức năng của các tầng giao thức trong OSI

Mô hình OSI giữ vai trò quan trọng trong mạng Internet. Đây là một trong các mô hình sử dụng cách thức kết nối các hệ thống mở OSI căn bản cho các tiến trình truyền hình. Mô hình OSI được coi là cơ sở chung để kết nối các hệ thống và truyền thông lại với nhau. Cùng MC&TT theo dõi bài viết dưới đây để hiểu rõ mô hình OSI là gì và tiếp thu các kiến thức liên quan đến mô hình OSI nhé!

1. Mô hình OSI là gì?

Mô hình OSI - Open Systems Interconnection Reference Model (OSI Reference Model/ OSI Model), là mô hình tham chiếu kết nối các hệ thống mở hay mô hình bảy tầng của OSI. Mô hình OSI được phát triển và trở thành một phần trong kế hoạch kết nối hệ thống mở, khởi xướng bởi IUT-T và ISO.

OSI là một mô hình lý thuyết của mạng gồm 7 tầng Layers. Nguồn ảnh: Internet

Có thể xem mô hình OSI là ngôn ngữ chung cho mạng máy tính. Mô hình OSI hình thành dựa trên nguyên lý phân tầng, mỗi tầng thực hiện xử lý một phần hẹp của tiến trình truyền thông. 

Hiểu một cách đơn giản, OSI đặt ra một giao thức tiêu chuẩn cho các hệ thống máy tính khác nhau có thể trao đổi giao tiếp với nhau qua mạng.

Mô hình OSI là mô hình tiêu chuẩn đầu tiên cho truyền thông mạng, được hầu hết các công ty máy tính và tập đoàn viễn thông lớn bắt đầu ứng dụng và đầu những năm 1980. Mô hình OSI chính thức được giới thiệu vào năm 1983 bởi đại diện từ các tập đoàn viễn thông và công ty máy tính lớn. Đến năm 1984 tiêu chuẩn viễn thông IUT-T và ISO chính thức thông qua như một tiêu chuẩn quốc tế.

Internet hiện đại tuy không dựa trên OSI mà dựa trên mô hình TCP/IP đơn giản hơn. Tuy nhiên mô hình OSI vẫn được ứng dụng rộng rãi bởi khả năng cô lập và khắc phục sự cố mạng tuyệt vời. Nếu một trang web gặp trục trặc với hàng ngàn người dùng, mô hình OSI có thể giải quyết vấn đề và cô lập nguồn gốc gây ra sự cố. Khi vấn đề được thu hẹp phạm vi xuống một lớp cụ thể của mô hình thì có thể giảm tải được những công việc không cần thiết.

2. Mô hình OSI có mấy tầng? Cách thức hoạt động của OSI

Mô hình OSI là một cấu trúc phả hệ bao gồm 7 tầng. Mục đích chính của mô hình là giúp người dùng dễ hiểu hơn về cơ chế truyền tin giữa các máy tính.

Với 7 tầng trong mô hình OSI, mỗi tầng sẽ có chức năng riêng, đặc tính của các tầng là chỉ sử dụng chức năng của tầng phía dưới và chỉ cho phép tầng trên sử dụng các chức năng của mình.

Mô hình OSI tổ chức các giao thức truyền thông thành 7 tầng. Nguồn ảnh: Internet

Thực chất mô hình OSI là sự phân tách các hoạt động phức tạp của mạng thành nhiều phần công việc đơn giản và dễ thực hiện hơn. Mỗi tầng chịu trách nhiệm thực hiện các nhiệm vụ liên quan đến vấn đề gửi và nhận dữ liệu trên mạng qua các thiết bị kết nối.

• Tầng 1 đến tầng 4 đảm nhận nhiệm vụ di chuyển dữ liệu.
• Tầng 5 đến tầng 7 sẽ thực hiện nhiệm vụ chuyển tiếp dữ liệu và các chức năng đặc thù khác.

Bảy tầng của OSI được triển khai dựa theo các tính năng của ứng dụng, phần cứng mạng, OS, trình điều khiển thiết bị thẻ mạng và một số giao thức hỗ trợ vật lý như: wifi, cáp đồng xoắn đôi, cáp quang,...

 

3. Các giao thức trong mô hình OSI

Mô hình OSI sử dụng 2 loại giao thức là: giao thức hướng liên kết (Connection Oriented) và giao thức không liên kết (Connectionless).

3.1. Giao thức hướng liên kết - Connection Oriented

Trước khi quá trình truyền tải dữ liệu bắt đầu được thực hiện, các thực thể ở cùng một tầng trong hai hệ thống khác nhau cần tạo lập một liên kết logic chung.

Chúng tiến hành truyền tải thông tin, giao tiếp và thương lượng cùng nhau về các tập tham số sẽ dùng trong quá trình truyền tải dữ liệu, có thể là hợp nhất dữ liệu hay cắt bớt dữ liệu, liên kết sẽ được loại bỏ. Thiết lập liên kết logic nhằm nâng cao tính an toàn và độ tin cậy trong quá trình truyền dữ liệu.

3.2. Giao thức không liên kết - Connectionless

Với giao thức không liên kết, dữ liệu sẽ được truyền độc lập trên các tuyến khác nhau, không tạo liên kết logic chung mà chỉ có giai đoạn duy nhất là truyền dữ liệu.

Xem thêm: Modem là gì, Router là gì, Modem và Router khác nhau như thế nào

4. Vai trò và chức năng của các tầng giao thức trong mô hình OSI

Vai trò và chức năng của các tầng giao thức trong OSI được thể hiện như sau:

4.1. Chức năng tầng ứng dụng Application

Tầng ứng dụng (Application Layer) - Tầng 7: nằm ở lớp trên cùng gần với người dùng nhất và cũng là lớp OSI duy nhất tương tác trực tiếp với dữ liệu từ người sử dụng.

Tầng ứng dụng có nhiệm vụ xác định giao diện giữa người dùng với môi trường OSI. Điều này bao gồm nhiều giao thức ứng dụng cho người dùng truy cập vào môi trường mạng và đồng thời cung cấp những dịch vụ phân tán.

Khi các thực thể ứng dụng Application Entity (AE) được tạo lập, nó sẽ kéo đến các phần tử dịch vụ ứng dụng Application Server Element (ASE). Mỗi thực thể ứng dụng có thể chứa một hay nhiều các phần tử dịch vụ ứng dụng. Các phần tử dịch vụ ứng dụng này được kết hợp trong môi trường thực thể ứng dụng thông qua các đối tượng liên kết Single Association Object (SAO). SAO đảm nhận vai trò điều khiển truyền thông và cho phép tuần tự hóa các sự kiện truyền thông.

Tầng ứng dụng được sử dụng bởi phần mềm người dùng cuối như ứng dụng email hay trình duyệt web. Một số giao thức lớp ứng dụng phổ biến như: 

• Hypertext Transfer Protocol (HTTP) - Giao thức truyền siêu văn bản.
• Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) - Giao thức truyền thư đơn giản.
• File Transfer Protocol (FTP) - Giao thức truyền tệp.

Ví dụ một số các ứng dụng khác trong tầng Application như: Web, X.400 Mail remote, Telnet, NFS,...

 

4.2. Chức năng tầng trình bày Presentation

Tầng trình bày (Presentation Layer) - Tầng 6: Đây là tầng thứ 2 liền kề tầng ứng dụng, có nhiệm vụ giải quyết các vấn đề liên quan đến ngữ nghĩa, cú pháp của thông tin được trao đổi/ truyền đạt với mục đích nhằm xác định chính xác người dùng sử dụng hệ thống.

Cơ chế hoạt động của tầng trình bày như sau:

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

Tầng trình bày Presentation Layer.

Tầng trình bày đảm nhận vai trò chính trong việc chuẩn bị dữ liệu để nó có thể đáp ứng được tiêu chuẩn của tầng ứng dụng. Nói đơn giản hơn, tầng 6 thực hiện làm dữ liệu hiển thị cho các tầng ứng dụng sử dụng. Đồng nghĩa là tầng 6 chịu trách nhiệm mã hóa, dịch và nén dữ liệu.

Bên cạnh đó, nếu các thiết bị đang trao đổi qua kết nối được mã hóa, tầng trình bày sẽ có trách nhiệm thêm mã hóa ở đầu người gửi cũng như giải mã hóa ở đầu người nhận để tầng ứng dụng được hiển thị dữ liệu có thể đọc được, không phải mã hóa.

Cuối cùng, lớp trình bày sẽ đảm nhận chức năng nén dữ liệu mà nó tiếp nhận từ lớp ứng dụng trước khi được điều chuyển đến tầng kế trên (tầng 5).

Nhìn chung, lớp trình bày có vai trò quan trọng giúp đảm bảo các máy tính có định dạng dữ liệu khác nhau vẫn có thể truyền tải/ trao đổi thông tin cho nhau, giúp cải thiện tốc độ và hiệu quả của giao tiếp thông qua cách thức giảm thiểu lượng dữ liệu được truyền đi.

Ví dụ một số ứng dụng trong tầng Presentation như: Data Structure - Các cấu trúc dữ liệu, Chuyển đổi tệp văn bản từ mã EBCDIC sang mã ASCII.

 

4.3. Chức năng tầng phiên Session

Tầng phiên (Session Layer) - Tầng 5: đảm nhận các vấn đề thiết lập, duy trì và đồng bộ phiên. Nói cách khác, chức năng của tầng phiên là thiết lập các giao dịch giữa các thực thể đầu cuối.

Tầng phiên Session Layer

Dịch vụ phiên tạo lập một liên kết giữa 2 đầu cuối dùng dịch vụ phiên sao cho quá trình trao đổi/truyền tải dữ liệu được thực hiện một cách đồng bộ và khi kết thúc thì giải phóng liên kết. Để thực hiện truyền dữ liệu, đồng bộ hóa và hủy bỏ liên kết trong các phương thức truyền đồng thời hoặc luân phiên sẽ sử dụng Token (thẻ bài). Kiến tạo các điểm đồng bộ hóa trong hội thoại, trường hợp gặp sự cố có thể phục hồi hội thoại từ một điểm đồng bộ hóa đã thỏa thuận trước đó.

Như vậy, không chỉ có nhiệm vụ cung cấp dịch vụ cho tầng 6, tầng phiên còn cần thực hiện việc thiết lập, quản lý và kiểm soát các phiên hội thoại giữa các máy tính. Đảm bảo các phiên được mở đủ lâu để truyền tải hết dữ liệu đang được trao đổi và nhanh chóng đóng phiên để tiết kiệm tối đa tài nguyên.

Ví dụ một số ứng dụng ở tầng Session như: RPC, NFS, SQL, Netbios Names.

 

4.4. Chức năng tầng vận chuyển Transport

Tầng vận chuyển (Transport Layer) - Tầng 4: nằm ngay bên dưới tầng phiên, là tầng cao nhất có liên quan đến các giao thức trao đổi giữa các hệ thống mở, kiểm soát việc truyền tải dữ liệu.

Tầng vận chuyển Transport Layer

Tầng vận chuyển chịu trách nhiệm tạo lập kết nối giữa hai thiết bị máy tính. Điều này bao gồm hoạt động lấy dữ liệu được chuyển từ lớp phiên và chia nhỏ nó thành nhiều phân đoạn trước khi chuyển đến tầng kế trên (tầng 3). Tầng 4 chịu trách nhiệm xử lý các phân đoạn dữ liệu và đảm bảo về mức độ an toàn trong quá trình truyền dữ liệu.

Tầng vận chuyển phụ thuộc nhiều vào bản chất của tầng mạng (tầng 3). Tầng vận chuyển cũng chịu trách nhiệm kiểm soát luồng, kiểm soát lỗi, điều khiển lưu lượng dữ liệu để đảm bảo dữ liệu được truyền tải một cách nguyên vẹn, chính xác không gây quá tải cho bên nhận. Tầng 4 này thực hiện kiểm soát lỗi ngay đầu nhận thông qua việc bảo đảm dữ liệu đã nhận là hoàn chỉnh.

Ví dụ một số ứng dụng ở tầng vận chuyển Transport như: SPX, TCP, UDP.

 

4.5. Chức năng tầng mạng Network

Tầng mạng (Network Layer) - Tầng 3: có nhiệm vụ tạo điều kiện tốt nhất cho việc truyền dữ liệu giữa hai mạng khác nhau. Tầng này đáp ứng các yêu cầu của tầng vận chuyển, đồng thời đặt ra yêu cầu đối với tầng liên kết dữ liệu (tầng 2) liền kề bên dưới.

Tầng mạng Network Layer.

Trường hợp hai thiết bị trao đổi thông tin trong cùng một mạng thì tầng mạng không có vai trò quan trọng. Tầng mạng chia nhỏ các phân đoạn từ lớp vận chuyển thành các đơn vị nhỏ hơn trên thiết bị người gửi và tập hợp chúng lại trên thiết bị người nhận. Tầng mạng cung cấp thuật toán cho router tìm ra con đường vật lý tốt nhất để truyền dữ liệu.

Một chức năng không kém phần quan trọng khác của tầng mạng là chức năng điều khiển tắc nghẽn. Khi có quá nhiều tệp tin nhỏ cùng lưu chuyển trên một tuyến đường thì tình trạng tắc nghiễn là rất dễ xảy ra. Bởi thế, tầng mạng thực hiện nhiệm vụ giao tiếp giữa các mạng khi các tệp tin đi từ mạng này tới mạng khác để đến đích.

Ví dụ các ứng dụng ở tầng Network là IPX và IP.

 

4.6. Chức năng tầng liên kết dữ liệu (Data Link Layer)

Tầng liên kết dữ liệu (Data Link Layer) - Tầng 2: đảm nhận chức năng là thiết lập các liên kết, duy trì và hủy bỏ các liên kết dữ liệu. Phát hiện sửa chữa lỗi và kiểm soát lưu lượng. Tầng liên kết dữ liệu là nơi hoạt động của các cầu nối và các thiết bị chuyển mạch.

Tầng liên kết dữ liệu Data Link Layer

Về cơ bản, tầng liên kết dữ liệu gần giống với tầng mạng. Điểm khác biệt cơ bản là tầng liên kết dữ liệu tạo điều kiện tốt nhất cho việc truyền tải dữ liệu giữa hai thiết bị mạng ở phía trên cùng. Tầng liên kết dữ liệu lấy các gói dữ liệu nhỏ từ tầng mạng và chia nhỏ thành các phần khung. Giống như tầng 3, tầng 2 chịu trách nhiệm điều khiển luồng và lỗi trong trao đổi thông tin nội mạng.

Ví dụ một số ứng dụng ở tầng Data Link như: FDDI, PPP, ATM, HDLC, IEEE 802.3/802.2, IEEE 802.5/802.2

 

4.7. Chức năng tầng vật lý Physical Layer

Tầng vật lý (Physical Layer) - Tầng 1: đây là tầng có vị trí thấp nhất trong mô hình 7 lớp của OSI. Tầng vật lý có chức năng là xác định nhiệm vụ, thủ tục về cơ, điện và quang để kích hoạt, duy trì và giải phóng các kết nối vật lý giữa các hệ thống mạng.

Tầng vật lý Physical Layer.

Tầng vật lý cung cấp các cơ chế về hàm, thủ tục, điện,...với mục đích thực hiện việc kết nối các phần tử của mạng thành một hệ thống hoàn chỉnh thông qua các phương pháp vật lý. 

Tầng vật lý có bao gồm các thiết bị vật lý liên quan đến quá trình truyền tải dữ liệu, điển hình là thiết bị chuyển mạch và cáp. Tầng vật lý đóng vai trò quan trọng trong việc bảo đảm các yêu cầu chuyển mạch hoạt động nhằm hình thành các đường truyền thực cho các chuỗi bit thông tin (Chuỗi bit là chuỗi chỉ gồm có các con số là 0 và 1).

Tầng vật lý có hai loại giao thức là: Asynchronous - Truyền dị bộ và Synchronous - Truyền đồng bộ.

Ví dụ một số ứng dụng ở tầng vật lý như: FDDI, Ethernet, V.24, V.35, RJ45.

 

Tổng kết 

Trên đây là tổng hợp toàn bộ kiến thức liên quan đến mô hình OSI là gì? Vai trò và chức năng của từng tầng giao thức trong mô hình OSI? Hy vọng những thông tin MC&TT chia sẻ về mô hình OSI sẽ mang đến cho các bạn những kiến thức hữu ích để phục vụ công việc và đời sống hiệu quả.