Mô hình OSI.

Mô hình OSI (Open system interconnection - Mô hình kết nối các hệ thống mở) là một cơ sở dành cho việc chuẩn hoá các hệ thống truyền thông, nó được nghiên cứu và xây dựng bởi ISO. Việc nghiên cứu về mô hình OSI được bắt đầu tại ISO vào năm 1971 với mục tiêu nhằm tới việc nối kết các sản phẩm của các hãng sản xuất khác nhau và phối hợp các hoạt động chuẩn hoá trong các lĩnh vực viễn thông và hệ thống thông tin. Đến năm 1984, mô hình tham chiếu OSI chính thức được đưa ra giới thiệu.

Trước hết cần chú ý rằng mô hình 7 lớp OSI chỉ là mô hình tham chiếu chứ không phải là một mạng cụ thể nào.Các nhà thiết kế mạng sẽ nhìn vào đó để biết công việc thiết kế của mình đang nằm ở đâu. Xuất phát từ ý tưởng "chia để trị', khi một công việc phức tạp được module hóa thành các phần nhỏ hơn thì sẽ tiện lợi cho việc thực hiện và sửa sai, mô hình OSI chia chương trình truyền thông ra thành 7 tầng với những chức năng phân biệt cho từng tầng. Hai tầng đồng mức khi liên kết với nhau phải sử dụng một giao thức chung. Giao thức ở đây có thể hiểu đơn giản là phương tiện để các tầng có thể giao tiếp được với nhau, giống như hai người muốn nói chuyện được thì cần có một ngôn ngữ chung vậy. Trong mô hình OSI có hai loại giao thức chính được áp dụng là: giao thức có liên kết (connection - oriented) và giao thức không liên kết (connectionless).

Giao thức có liên kết: là trước khi truyền, dữ liệu hai tầng đồng mức cần thiết lập một liên kết logic và các gói tin được trao đổi thông qua liên kết náy, việc có liên kết logic sẽ nâng cao độ an toàn trong truyền dữ liệu.

Giao thức không liên kết: trước khi truyền, dữ liệu không thiết lập liên kết logic và mỗi gói tin được truyền độc lập với các gói tin trước hoặc sau nó.

Nhiệm vụ của các tầng trong mô hình OSI có thể được tóm tắt như sau:

Tầng ứng dụng (Application layer - lớp 7): tầng ứng dụng quy định giao diện giữa người sử dụng và môi trường OSI, nó cung cấp các phương tiện cho người sử dụng truy cập vả sử dụng các dịch vụ của mô hình OSI. Điều khác biệt ở tầng này là nó không cung cấp dịch vụ cho bất kỳ một tầng OSI nào khác ngoại trừ tầng ứng dụng bên ngoài mô hình OSI đang hoạt động. Các ứng dụng cung được cấp như các chương trình xử lý kí tự, bảng biểu, thư tín ... và lớp 7 đưa ra các giao thức HTTP, FTP, SMTP, POP3, Telnet.

Tầng trình bày (Presentation layer - lớp 6): tầng trình bày chuyển đổi các thông tin từ cú pháp người sử dụng sang cú pháp để truyền dữ liệu, ngoài ra nó có thể nén dữ liệu truyền và mã hóa chúng trước khi truyền đễ bảo mật.Nói đơn giản thì tầng này sẽ định dạng dữ liệu từ lớp 7 đưa xuống rồi gửi đi đảm bảo sao cho bên thu có thể đọc được dữ liệu của bên phát. Các chuẩn định dạng dữ liệu của lớp 6 là GIF, JPEG, PICT, MP3, MPEG ...

Tầng giao dịch (Session layer - lớp 5): thực hiện thiết lập, duy trì và kết thúc các phiên làm việc giữa hai hệ thống. Tầng giao dịch quy định một giao diện ứng dụng cho tầng vận chuyển sử dụng. Nó xác lập ánh xạ giữa các tên đặt địa chỉ, tạo ra các tiếp xúc ban đầu giữa các máy tính khác nhau trên cơ sở các giao dịch truyền thông. Nó đặt tên nhất quán cho mọi thành phần muốn đối thoại riêng với nhau.Các giao thức trong lớp 5 sử dụng là NFS, X- Window System, ASP.

Tầng vận chuyển (Transport layer - lớp 4): tầng vận chuyển xác định địa chỉ trên mạng, cách thức chuyển giao gói tin trên cơ sở trực tiếp giữa hai đầu mút, đảm bảo truyền dữ liệu tin cậy giữa hai đầu cuối (end-to-end). Để bảo đảm được việc truyền ổn định trên mạng tầng vận chuyển thường đánh số các gói tin và đảm bảo chúng chuyển theo thứ tự.Bên cạnh đó lớp 4 có thể thực hiện chức năng đièu khiển luồng và điều khiển lỗi.Các giao thức phổ biến tại đây là TCP, UDP, SPX.

Tầng mạng (Network layer - lớp 3): tầng mạng có nhiệm vụ xác định việc chuyển hướng, vạch đường các gói tin trong mạng(chức năng định tuyến), các gói tin này có thể phải đi qua nhiều chặng trước khi đến được đích cuối cùng. Lớp 3 là lớp có liên quan đến các địa chỉ logic trong mạngCác giao thức hay sử dụng ở đây là IP, RIP, IPX, OSPF, AppleTalk.

Tầng liên kết dữ liệu (Data link layer - lớp 2): tầng liên kết dữ liệu có nhiệm vụ xác định cơ chế truy nhập thông tin trên mạng, các dạng thức chung trong các gói tin, đóng gói và phân phát các gói tin.Lớp 2 có liên quan đến địa chỉ vật lý của các thiết bị mạng, topo mạng, truy nhập mạng, các cơ chế sửa lỗi và điều khiển luồng.

Tầng vật lý (Phisical layer - lớp 1): tầng vật lý cung cấp phương thức truy cập vào đường truyền vật lý để truyền các dòng Bit không cấu trúc, ngoài ra nó cung cấp các chuẩn về điện, dây cáp, đầu nối, kỹ thuật nối mạch điện, điện áp, tốc độ cáp truyền dẫn, giao diện nối kết và các mức nối kết.

Mặc dù đã ra đời từ rất lâu, mô hình tham chiếu OSI vẫn đang là "kim chỉ nam' cho các loại mạng viễn thông, và là công cụ đắc lực nhất được sử dụng để tìm hiểu xem dữ liệu được gửi và nhận ra sao trong một mạng máy tính nói chung.

Kiến trúc phân tầng của mô hình TCP/IP

Bộ giao thức TCP/IP được phân làm 4 tầng:

Network access Layer: tương ứng với tầng Physical và Datalink của OSI.

Internet Layer: tương ứng với tầng Network của OSI.

Transport Layer: tương ứng với tầng Transport của OSI.

Application Layer: tương ứng với 3 tầng cao nhất(Session, Presentation, Application) trong OSI.

Có nhiều loại giao thức có trong bộ giao thức truyền thống TCP/IP, nhưng có hai giao thức quan trọng nhất được lấy để đặt tên cho bộ giao thức này là TCP(Transmission Control Protocol) và IP(Internet Protocol). Cụ thể sẽ là:

Các giao thức hoạt đông ở tầng Application:

FTP (File transfer Protocol): Giao thức truyền tệp, cho phép người dùng lấy hoặc gửi một tệp tin đến một máy khác.

Telnet: Chương trình mô phỏng thiết bị đầu cuối cho phép người dùng login vào máy chủ từ một máy khác trên mạng.

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Một giao thức để truyền thư

DNS (Domain Name Service): Dịch vụ tên miền cho phép nhận ra một máy tính từ tên miền của nó thay vì phải đánh vào địa chỉ IP khó nhớ. Nhiều bạn thường nhầm DNS là Domain Name Server - Sai.

SNMP (Simple Network Management Protocol): Giao thức cung cấp các công cụ quản trị mạng.

Các giao thức hoạt đông ở tầng Transport:

UDP (User Datagram Protocol): Giao thức truyền không tin cậy nhưng ưu điểm của nó là nhanh và tiết kiệm.

TCP (Transmission Control Protocol): Cung cấp một phương thức truyền tin cậy

Các giao thức hoạt đông ở tầng Internet:

IP (Internet Protocol): Giao thức Internet, cung cấp các thông tin để làm sao các gói tin có thể đến được đích.

ARP (Address Resolution Protocol): Giao thức chuyển địa chỉ IP thành địa mạng chỉ vật lý

ICMP (Internet Control Message Protocol): Một giao thức thông báo lỗi xảy ra trên đường truyền.

Các công nghệ thường gặp ở tầng vật lý: Ethernet, Token Ring, Token Bus, Fiber.

Cũng giống như mô hình tham chiếu OSI, dữ liệu từ tầng Application đi xuống các tầng dưới, nơi mà mỗi tầng có nhưng định nghĩa riêng về dữ liệu mà nó sử dụng, chúng thêm vào các header của riêng mình trước khi chuyển tiếp xuống tầng tiếp theo, quá trình nhận diễn ra ngược lại.

Qua 2 bài viết của tôi chắc các bạn đã hình dung phần nào về mô hình phân lớp trong mạng, trong các bài viết này tôi mới nói qua về khái niệm còn nếu đi sâu vào từng lớp, từng giao thức thì còn rất nhiều để nói.

TCP/IP và mạng Internet

• Một liên mạng(internet) dùng TCP/IP được xem như là một mạng đơn kết nối cácmáy tính với nhiều loại

• Mạng Internet là sự kết nỗi giữa cácmạng vật lý độc lập thông qua các thiết bị liên mạng

• Với mô hình TCP/IP, các mạng khác nhau kết nối với nhau được xem như là một mạng lớn đồng nhất, không quan tâm đến sự khác nhau giữa các thiết bị vật lý hay môi trường

• Mỗi máy kết nối vàomạng xem như kết nối đến một mạng luận lý, không quan tâm đến mạng vật lý

TCP/IP và OSI

• TCP/IP được xây dựng trước mô hình OSI nên các lớp trong bộ giao thức TCP/IP không hoàn toàn giống với bộ giao thức trong mô hình OSI. Có 4 lớp trong mô hình TCP/IP

• Ở lớp transport, TCP/IP định nghĩa hai protocol là TCP và UDP. Ở lớp network, protocol chính là IP và có các protocol khác hỗ trợ việc truyền dữ liệu

• Ở lớp physical & data link, TCP/IP không định nghĩa protocol nào, không phụ thuộc vào phần cưng bên dưới

• Một mạng trong một liên mạng TCP/IP có thể là mạng LAN, MAN hoặc WAN.

Đóng gói dữ liệu trong TCP/IP

1. Đơn vị dữ liệu trong lớp ứng dụng gọi là message

2. Giao thức TCP và UDP tạo ra một đơn vị dữ liệu tương ứng là segment và user datagram.

3. Đơn vị dữ liệu trong lớp IP được gọi là datagram

4. Datagram phải được đóng gói (encapsulate) trong một frame để truyền trên mạng vật lý

5. Frame sẽ được truyền theo dạng tín hiệu trên đường truyền vật lý

Các giao thức chính trong TCP/IP

Internetwork Protocol (IP)

• Giao thức IP không tin cậy (unreliable) vì không cung cấp cơ chế kiểm tra lỗi hay tracking.

• IP xemnhư lớp bên dưới sẽ thực hiện việc truyền nhận một cách tốt nhất, không có sự đảm bảo

• Nếu các dịch vụ cần cơ chế truyền tin cậy thì kết hợp với giao thức tin cậy TCP.

• Tương tự như hệ thống bưu điện

• IP cắt dữ liệu ra thành các gói. các gói gọi là datagrams, và mỗi gói được truyền độc lập

• Datagram có thể đi theo các đường khác nhau và có thể đến không đúng thứ tự hoặc trùng nhau. IP không giữ thông tin đường đi cũng như không

sắp xếp lại các gói lại khi chúng đến

• IP làmột dịch vụ connectionless, nó không khởi tạo Virtual Circuits và không có sự thông báo đến phần tử nhận

User Datagram Protocol (UDP)

• User datagram protocol (UDP) là protocol đơn giản trong hai protocol ở lớp transport

• Chỉ thêm thông tin về các địa chỉ port, điều khiển lỗi checksum và độ dài thông tin length information

• UDP chỉ cung cấp các chức năng cơ bản cho cơ chế truyền end-to-end, không cung cấp các chức năng xử lý lỗi và truyền lại dữ liệu bị hỏng hoặc

mất.

• Có cơ chế báo lỗi nếu kèm với giao thức ICMP

Transmission Control Protocol (TCP)

• Cung cấp các dịch vụ đầy đủ cho các ứng dụng

• Là giao thức port-to-port tin cậy, connectionoriented:kết nối phải được thiết lập trước khi dữ liệu được truyền

• Khi thiết lập kết nối, TCP tạo một mạch ảo (virtual circuit ) giữa bên gởi và bên nhận trong suốt quá trình truyền nhận

• Cósự thông báo khi truyền dữ liệu đến phần tử nhận. Sau khi kết thúc việc truyền nhận thì đóng kết nối

• IP và UDP xem các datagrams trong một single transmission là các đơn vị hoàn toàn độc lập, không liên quan với nhau. Mỗi datagram đến

phần tử nhận cũng là các đơn vị phân biệt, và không có sự thông báo cho phần tử nhận

• Khác với IP và UDP, TCP là dịch vụ connectionoriented, cung cấp cơ chế truyền tin cậy cho toàn bộ stream chứa trong message mà ứng dụng gởi

đi

• Cơ chế truyền tin cậy đảm bảo bằng việc cung cấp việc phát hiện lỗi và truyền lại những dữ liệu hỏng

• Khi truyền dữ liệu, TCP chia dữ liệu thành các đơn vị nhỏ hơn gọi là segment.

• Tất các các segment phải được nhận đủ và phản hồi (acknowledge) trước khi sự truyền nhận hoàn thành và mạch ảo được hủy

• Mỗi segment có một số tuần tự (sequencing number) để sắp xếp lại sau khi nhận kết hợp với ACK ID number và field window-size cho cửa sổ trượt (sliding window)

• Các segments TCP truyền trên mạng được chứa trong các IP datagrams. Ở phần tử nhận, TCP nhận mỗi datagram theo thứ tự đến và dựa vào số tuần tự để sắp xếp lại