Giải thích 7 tầng trong giao tiếp mạng của mô hình OSI

Mô hình OSI (Open Systems Interconnection) bao gồm 7 tầng, từ vật lý đến ứng dụng, mô tả cách các tầng giao tiếp và hợp tác với nhau. Mô hình này là một chuẩn tiêu chuẩn trong lĩnh vực mạng máy tính và hỗ trợ nhiều giao thức. Nó cung cấp khả năng linh hoạt và an toàn hơn bằng cách phân tách các dịch vụ vào các tầng riêng biệt. Để hiểu thêm về mô hình OSI, hãy cùng theo dõi bài viết dưới đây của Tothost! 

1. Giới thiệu về mô hình OSI

OSI (Open Systems Interconnection), tạm dịch: mô hình tham chiếu kết nối các hệ thống mở, là một mô hình tham chiếu cho việc ứng dụng truyền thông qua mạng. Mô hình này tập trung vào việc cung cấp một thiết kế hình ảnh về cách mỗi tầng truyền thông được xây dựng lên nhau, bắt đầu từ cáp vật lý cho đến ứng dụng đang cố gắng giao tiếp với các thiết bị khác trên mạng.

Mục đích của mô hình tham chiếu OSI là hướng dẫn các nhà cung cấp công nghệ và nhà phát triển để các sản phẩm truyền thông kỹ thuật số và các chương trình phần mềm mà họ tạo ra có thể tương tác được và để thúc đẩy một khung tường rõ ràng mô tả các chức năng của một hệ thống mạng hoặc viễn thông đang được sử dụng.

1.2. Lịch sử của mô hình OSI 

Vào những năm 1970, các nhà nghiên cứu công nghệ bắt đầu nghiên cứu cách hệ thống máy tính có thể giao tiếp tốt nhất với nhau. Trong vài năm tiếp theo, một số mô hình cạnh tranh đã được tạo ra và công bố cho cộng đồng. Tuy nhiên, cho đến năm 1984, Tổ chức Tiêu chuẩn Hóa Quốc tế (International Organization for Standardization – ISO) đã lựa chọn những phần tốt nhất của các mô hình tham chiếu mạng cạnh tranh để đề xuất mô hình OSI như một cách để cuối cùng tạo ra một khung tương thích mà các công ty công nghệ trên toàn thế giới có thể sử dụng làm cơ sở cho công nghệ mạng của họ.

Từ quan điểm của ISO, cách đơn giản nhất để tạo ra một mô hình khái niệm là tổ chức các mô hình vào nhiều tầng khác nhau cần thiết để tổ chức và gửi dữ liệu giữa các hệ thống tính toán. Nhìn vào mỗi tầng để xem chi tiết sẽ cho thấy một phần của quá trình truyền thông mạng này. Mỗi tầng có thể được coi như một mô-đun truyền thông riêng biệt hoặc một phần của bức tranh tổng thể. Tuy nhiên, để thực sự đạt được mục tiêu gửi dữ liệu từ một thiết bị sang thiết bị khác, mỗi mô-đun phải hoạt động cùng nhau

1.3. Mô hình OSI hoạt động 

Các chuyên gia mạng công nghệ thông tin (IT) sử dụng mô hình OSI để mô phỏng hoặc khái niệm hóa cách dữ liệu được gửi và nhận qua mạng. Hiểu điều này là một phần cơ bản của hầu hết các chứng chỉ mạng IT, bao gồm các chương trình chứng chỉ Cisco Certified Network Associate (CCNA) và CompTIA Network+. 

Như đã đề cập, mô hình được thiết kế để phân rã các tiêu chuẩn truyền dữ liệu, quy trình và giao thức qua một chuỗi bảy tầng, mỗi tầng đảm nhận nhiệm vụ cụ thể liên quan đến việc gửi và nhận dữ liệu. Mỗi người dùng hoặc chương trình truyền thông đang sử dụng một thiết bị có thể cung cấp bảy tầng chức năng đó.

Trong kiến trúc này, mỗi tầng phục vụ tầng phía trên và đồng thời được phục vụ bởi tầng phía dưới. Vì vậy, trong một thông điệp cụ thể giữa các người dùng, sẽ có một luồng dữ liệu đi xuống qua các tầng trong máy nguồn, xuyên qua mạng và sau đó đi lên qua các tầng trong máy nhận. Chỉ có tầng ứng dụng ở đỉnh của ngăn xếp không cung cấp dịch vụ cho một tầng cao hơn.

Bảy tầng chức năng này được cung cấp bởi sự kết hợp của các ứng dụng, hệ điều hành (OS), trình điều khiển thiết bị thẻ mạng, phần cứng mạng và giao thức cho phép một hệ thống truyền tín hiệu qua mạng thông qua các phương tiện vật lý khác nhau, bao gồm đồng cốc xoắn, quang cơ, Wi-Fi hoặc Long-Term Evolution (LTE) với 5G.

2. 7 tầng của mô hình OSI 

Chức năng của mỗi tầng trong mô hình OSI là gì? Bảy tầng của Open Systems Interconnection gồm như sau: 

Tầng 7. Tầng ứng dụng

Nó cho phép người dùng – con người hoặc phần mềm – tương tác với ứng dụng hoặc mạng mỗi khi người dùng chọn đọc tin nhắn, chuyển file hoặc thực hiện các nhiệm vụ liên quan đến mạng khác. Trình duyệt web và các ứng dụng kết nối internet khác như Outlook và Skype sử dụng các giao thức ứng dụng tầng 7. 

Tầng 6. Tầng trình bày 

Vai trò chính là dịch hoặc định dạng dữ liệu cho tầng ứng dụng dựa trên ngữ nghĩa hoặc cú pháp mà ứng dụng chấp nhận. Đồng thời cũng xử lý mã hóa và giải mã mà tầng ứng dụng yêu cầu. 

Tầng 5. Tầng phiên

Công việc tầng 5 đảm nhiệm là thiết lập, điều phối và kết thúc cuộc trò chuyện giữa các ứng dụng. Các dịch vụ của nó bao gồm xác thực và kết nối lại sau một sự gián đoạn. Tầng này xác định thời gian mà một hệ thống sẽ chờ đợi một ứng dụng khác đáp ứng. Các giao thức tầng phiên ví dụ như X.225 và Zone Information Protocol (ZIP).

Tầng 4. Tầng giao vận

Đúng như cái tên giao vận, tầng 4 chịu trách nhiệm chuyển dữ liệu qua mạng và cung cấp cơ chế kiểm tra lỗi và điều khiển luồng dữ liệu. Tầng này xác định lượng dữ liệu cần gửi, nơi nó được gửi và tốc độ gửi. TCP trong bộ giao thức TCP/IP là ví dụ phổ biến nhất về tầng giao vận. Đây là nơi các cổng TCP trong giao tiếp được chọn để phân loại và tổ chức truyền dữ liệu qua mạng.

Tầng 3. Tầng mạng

Chức năng chính của tầng mạng là di chuyển dữ liệu vào và qua các mạng khác. Các giao thức tầng mạng thực hiện điều này bằng cách đóng gói dữ liệu với thông tin địa chỉ mạng chính xác, lựa chọn các tuyến mạng phù hợp và chuyển tiếp dữ liệu đóng gói lên tầng giao vận. Từ quan điểm TCP/IP, đây là nơi áp dụng địa chỉ IP cho mục đích định tuyến.

Tầng 2. Tầng liên kết dữ liệu

Hay còn gọi là tầng giao thức, trong một chương trình xử lý việc di chuyển dữ liệu vào và ra khỏi một liên kết vật lý trong mạng. Tại đây xử lý các vấn đề xảy ra do lỗi truyền bit. Nó đảm bảo tốc độ luồng dữ liệu không quá tải cho các thiết bị gửi và nhận. Nó cũng cho phép truyền dữ liệu đến Tầng 3, tầng mạng, nơi nó được địa chỉ hóa và định tuyến.

Có thể chia tầng 2 thành hai tầng con. Tầng cao hơn, được gọi là điều khiển liên kết logic (LLC), chịu trách nhiệm cho việc kết hợp, kiểm soát luồng, xác nhận và thông báo cho các tầng phía trên nếu xảy ra lỗi truyền/nhận (TX/RX). Tầng con kiểm soát truy cập phương tiện chịu trách nhiệm theo dõi các khung dữ liệu bằng cách sử dụng địa chỉ MAC của phần cứng gửi và nhận. Nó cũng chịu trách nhiệm tổ chức mỗi khung, đánh dấu các bit bắt đầu và kết thúc, và tổ chức thời gian liên quan đến việc khung nào có thể được gửi qua phương tiện tầng vật lý.

Tầng 1. Tầng vật lý

Mở đầu của mô hình là chuyển dữ liệu bằng cách sử dụng giao diện điện, cơ khí hoặc thủ tục. Tầng này chịu trách nhiệm gửi các bit máy tính từ một thiết bị đến thiết bị khác trên mạng. Nó xác định cách thiết lập kết nối vật lý với mạng và cách đại diện cho các bit thành các tín hiệu dự đoán được khi chúng được truyền điện, quang hoặc qua sóng radio.

3. Các chức năng lớp chéo

Các chức năng xuyên tầng, hoặc dịch vụ có thể ảnh hưởng đến nhiều tầng, bao gồm các thành phần sau:

• Dịch vụ bảo mật viễn thông được định nghĩa bởi khuyến nghị X.800 của Tổ chức Định chuẩn Của Liên Hiệp Viễn Thông Quốc tế (ITU-T); 
• Các chức năng quản lý cho phép cấu hình, khởi tạo, giám sát và chấm dứt giao tiếp của hai hoặc nhiều thực thể; 
• Multiprotocol Label Switching (MPLS), hoạt động ở một tầng mô hình OSI nằm giữa tầng 2 – tầng liên kết dữ liệu và tầng 3 – tầng mạng — MPLS có thể chuyển đổi nhiều loại lưu lượng, bao gồm các khung Ethernet và gói IP; 
• Giao thức giải quyết địa chỉ (ARP) chuyển đổi địa chỉ IPv4 (tầng 3 OSI) thành địa chỉ MAC Ethernet (tầng 2 OSI); 
• Hệ thống tên miền (DNS), là một dịch vụ tầng ứng dụng được sử dụng để tra cứu địa chỉ IP của một tên miền.

4. Ưu điểm và nhược điểm của mô hình OSI 

Mô hình OSI có một số lợi ích, bao gồm các điểm sau:

• Nó được coi là một mô hình tiêu chuẩn trong mạng máy tính.
• Mô hình hỗ trợ các dịch vụ không kết nối cũng như dịch vụ có kết nối. Người dùng có thể tận dụng các dịch vụ không kết nối khi họ cần truyền dữ liệu nhanh hơn qua internet và mô hình có kết nối khi họ cần tính tin cậy
• Nó linh hoạt để thích ứng với nhiều giao thức.
• Mô hình này linh hoạt và an toàn hơn so với việc gói tất cả các dịch vụ vào một tầng. 

Các nhược điểm của mô hình OSI bao gồm các điểm sau:

• Nó không xác định bất kỳ giao thức cụ thể nào.
• Tầng phiên, được sử dụng cho quản lý phiên và tầng trình bày, xử lý giao tiếp người dùng, không hữu ích như các tầng khác trong mô hình OSI.
• Một số dịch vụ bị trùng lặp ở các tầng khác nhau, chẳng hạn như tầng vận chuyển và tầng liên kết dữ liệu.
• Các tầng không thể hoạt động song song; mỗi tầng phải chờ để nhận dữ liệu từ tầng trước đó.

Lời kết

Bài viết trên là khái niệm tổng quan về mô hình OSI là gì và vai trò của các tầng trong mô hình OSI. Hy vọng những thông tin này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về mô hình OSI và sử dụng chúng hiệu quả hơn. Đừng quên theo dõi những bài viết hữu ích tiếp theo của Tothost nhé!