Kiến thức chương 3 - Quản Trị Mạng – Trường ĐH Kinh Tế Huế

1. Sự cần thiết phải có mô hình truyền thông

Hệ thống mạng hiện nay rất phức tạp, đa dạng và phát triển nhanh chóng, với nhiều nhà sản xuất phần cứng và phần mềm khác nhau. Điều này đòi hỏi phải có sự chuẩn hóa để các sản phẩm từ các hãng khác nhau có thể kết nối và giao tiếp được với nhau.

Một mạng máy tính muốn truyền dữ liệu cần phải có các yếu tố sau:

- Mỗi máy tính cần có một địa chỉ phân biệt trên mạng.
- Việc truyền dữ liệu phải tuân theo các quy định thống nhất, gọi là giao thức (protocol) của mạng.

Ví dụ: Để truyền một file giữa hai máy tính, cần thực hiện các công việc:

- Máy gửi phải biết địa chỉ máy nhận.
- Máy gửi phải xác định máy nhận đã sẵn sàng.
- Chương trình gửi file (trên máy gửi) phải biết chương trình nhận file (trên máy nhận) đã sẵn sàng.
- Nếu cấu trúc file khác nhau, một máy phải thực hiện chuyển đổi.
- Máy gửi thông báo cho mạng biết địa chỉ máy nhận để mạng đưa thông tin tới đích.

Quá trình này rất phức tạp. Thay vì xem là một khối chung, ta có thể chia quá trình thành các công đoạn (module) độc lập. Ví dụ, chia chương trình truyền file thành 3 module:

Bảng so sánh 3 Module cơ bản trong truyền thông

Module	Chức năng chính	Phạm vi quan tâm
Module truyền/nhận File	Thực hiện các nhiệm vụ của ứng dụng (truyền thông số, truyền mẫu tin).	Chỉ quan tâm đến ứng dụng, không cần biết dữ liệu được truyền đi như thế nào.
Module truyền thông	Đảm bảo các máy tính sẵn sàng trao đổi. Kiểm soát dữ liệu để trao đổi chính xác và an toàn.	Quan tâm đến việc truyền an toàn, không phụ thuộc vào bản chất của mạng.
Module tiếp cận mạng	Xử lý các quy cách giao tiếp với mạng. Đảm bảo truyền dữ liệu giữa hai máy trong mạng.	Phụ thuộc vào bản chất của mạng. Nếu mạng thay đổi, chỉ module này bị ảnh hưởng.

Phương pháp chia các công việc thành các module độc lập như trên được gọi là phương pháp phân tầng (layering).

Nguyên tắc của phương pháp phân tầng

- Mỗi hệ thống trong mạng được xây dựng như một cấu trúc nhiều tầng, và các hệ thống đều có cấu trúc giống nhau (cùng số tầng, cùng chức năng mỗi tầng).
- Các tầng nằm chồng lên nhau. Dữ liệu chỉ được trao đổi trực tiếp giữa hai tầng kề nhau (tầng trên xuống tầng dưới ở máy gửi, và tầng dưới lên tầng trên ở máy nhận).
- Dữ liệu đi từ tầng cao nhất (máy gửi) -> xuống tầng thấp nhất -> truyền qua đường truyền vật lý (dạng bit) -> đến tầng thấp nhất (máy nhận) -> đi ngược lên tầng cao nhất.
- Chỉ có hai tầng thấp nhất mới có liên kết vật lý. Các tầng cùng mức (ví dụ Tầng 4 của máy A và Tầng 4 của máy B) chỉ có liên kết logic với nhau.
- Các quy định cho liên kết logic ở một tầng được gọi là giao thức (protocol) của tầng đó.

II. Mô hình truyền thông đơn giản 3 tầng

Mô hình này chia chương trình truyền thông thành 3 tầng không phụ thuộc nhau:

1. Tầng tiếp cận mạng (Network Access Layer)

- Liên quan đến việc trao đổi dữ liệu giữa máy tính và mạng mà nó kết nối.
- Máy gửi phải chuyển địa chỉ của máy nhận cho mạng để mạng chuyển thông tin tới đích.
- Có thể sử dụng các dịch vụ của mạng (như ưu tiên, tốc độ cao).
- Phần mềm ở tầng này phụ thuộc vào loại mạng (mạng chuyển mạch, mạng LAN...).

2. Tầng truyền dữ liệu (Data Transfer Layer)

Lưu ý: Tài liệu [58] gọi đây là "tầng chuyển vận" (Transport Layer), nhưng mô tả chi tiết và sơ đồ đều dùng tên "tầng truyền dữ liệu".

- Nằm trên tầng tiếp cận mạng, thực hiện quá trình truyền thông không liên quan đến mạng.
- Không quan tâm đến bản chất ứng dụng, chỉ quan tâm việc dữ liệu được trao đổi an toàn.
- Đảm bảo dữ liệu đến đích và đến theo đúng thứ tự.
- Có các cơ chế đảm bảo sự chính xác này, phục vụ cho tất cả các ứng dụng.

3. Tầng ứng dụng (Application Layer)

- Chứa các module phục vụ cho các ứng dụng của người sử dụng.
- Mỗi loại ứng dụng (truyền file, truyền thư mục) sẽ cần các module khác nhau ở tầng này.

Sơ đồ mô hình 3 tầng (Tương ứng Hình 3.2):

Hệ thống A <---> Hệ thống B

Tầng ứng dụng <-- (Giao thức tầng ứng dụng) --> Tầng ứng dụng

Tầng truyền dữ liệu <-- (Giao thức tầng truyền dữ liệu) --> Tầng truyền dữ liệu

Tầng tiếp cận mạng <-- (Giao thức tầng tiếp cận mạng) --> Tầng tiếp cận mạng

(Tầng tiếp cận mạng của A) <--- (Mạng) ---> (Tầng tiếp cận mạng của B)

Địa chỉ và Giao thức

Để việc truyền thông chính xác khi có nhiều ứng dụng chạy đồng thời, cần có 2 lớp địa chỉ:

1. Địa chỉ mạng:
- Mỗi máy tính phải có một địa chỉ mạng duy nhất.
- Giúp mạng truyền thông tin đến đúng máy tính.

2. Địa chỉ ứng dụng (Điểm tiếp cận giao dịch - SAP):
- Mỗi ứng dụng trên một máy tính phải có địa chỉ phân biệt (trong nội bộ máy đó).
- Giúp tầng truyền dữ liệu giao dữ liệu cho đúng ứng dụng đang cần.

Quá trình đóng gói (Encapsulation)

Khi một ứng dụng gửi dữ liệu (ví dụ: ứng dụng 1 tại máy A gửi cho ứng dụng 2 tại máy B):

1. Tầng ứng dụng (A) chuyển khối dữ liệu xuống Tầng truyền dữ liệu (A), yêu cầu gửi cho SAP 2 trên máy B.

2. Tầng truyền dữ liệu (A):
- Chia khối dữ liệu lớn thành các gói tin (packet) nhỏ hơn.
- Thêm Phần đầu (Header) của mình vào mỗi gói tin. Header này chứa:
+ Địa chỉ SAP đích (để máy B biết giao cho ứng dụng nào).
+ Số thứ tự gói tin (để máy B sắp xếp lại nếu gói tin đến sai thứ tự).
+ Mã sửa lỗi (để máy B kiểm tra gói tin có bị lỗi khi truyền không).

3. Tầng truyền dữ liệu (A) chuyển từng gói tin (đã có header) xuống Tầng tiếp cận mạng (A), yêu cầu chuyển đến máy B.

4. Tầng tiếp cận mạng (A):
- Lấy toàn bộ gói tin từ tầng trên (gồm Header truyền dữ liệu + Dữ liệu) và xem nó là "dữ liệu" của mình.
- Thêm Phần đầu (Header) của tầng tiếp cận mạng vào. Header này chứa:
+ Địa chỉ máy tính nhận (máy B).

5. Gói tin hoàn chỉnh được gửi qua mạng. Máy B thực hiện quá trình ngược lại (gỡ bỏ các header) để lấy dữ liệu gốc.

Chú ý: Minh họa quá trình đóng gói (Tương ứng Hình 3.4)

1. Dữ liệu gốc:
[ Dữ liệu ứng dụng ]

2. Tầng truyền dữ liệu đóng gói:
[ Phần đầu tầng truyền dữ liệu | Dữ liệu của gói tin ]

3. Tầng tiếp cận mạng đóng gói:
[ Phần đầu tầng tiếp cận mạng | Phần đầu tầng truyền dữ liệu | Dữ liệu của gói tin ]

III. Các nhu cầu về chuẩn hóa đối với mạng

Mô hình 3 tầng trên thực tế chưa đủ. Cần có các chuẩn hóa phức tạp hơn. Có hai cơ quan chuẩn quốc tế quan trọng:

1. ISO (The International Standards Organization):
- Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế (Liên Hợp Quốc).
- Thành viên là các cơ quan chuẩn quốc gia.
- Tạo ra mô hình chuẩn hóa OSI (Open Systems Interconnection).

2. CCITT (Commité Consultatif International pour le Telegraphe et la Téléphone):
- Tổ chức tư vấn quốc tế về điện tín và điện thoại (Liên Hợp Quốc).
- Thành viên là các cơ quan bưu chính viễn thông.
- Phát triển các khuyến nghị trong lĩnh vực viễn thông.

IV. Một số mô hình chuẩn hóa

1. Mô hình OSI (Open Systems Interconnection)

Mô hình OSI là cơ sở để chuẩn hóa các hệ thống truyền thông, do ISO xây dựng (bắt đầu từ 1971) nhằm kết nối sản phẩm của các hãng khác nhau.

- Mô hình OSI chia chương trình truyền thông thành 7 tầng.
- Hai tầng đồng mức (peer-to-peer) khi liên kết phải dùng giao thức chung.
- Có 2 loại giao thức chính:

+ Giao thức có liên kết (Connection-oriented): Phải thiết lập một liên kết logic trước khi truyền dữ liệu. Nâng cao độ an toàn.
+ Giao thức không liên kết (Connectionless): Không thiết lập liên kết. Mỗi gói tin được truyền độc lập.

Bảng tóm tắt chức năng 7 tầng của mô hình OSI

Tầng	Tên Tầng (Tiếng Việt)	Tên Tầng (Tiếng Anh)	Chức năng chính
7	Tầng ứng dụng	Application	Cung cấp giao diện cho người dùng và các ứng dụng truy cập vào môi trường mạng (ví dụ: trình duyệt web, email).
6	Tầng trình bày	Presentation	Chuyển đổi cú pháp dữ liệu (từ cú pháp người dùng sang cú pháp truyền). Thực hiện nén dữ liệu và mã hóa/giải mã để bảo mật.
5	Tầng giao dịch	Session	Thiết lập, quản lý và chấm dứt các "phiên" (session) giao tiếp giữa các máy tính. Ánh xạ tên và địa chỉ.
4	Tầng vận chuyển	Transport	Cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu "trực tiếp giữa hai đầu cuối" (end-to-end). Đảm bảo dữ liệu được chuyển ổn định, đúng thứ tự (đánh số gói tin).
3	Tầng mạng	Network	Xác định việc chuyển hướng, vạch đường (routing) cho các gói tin trong mạng. Gói tin có thể phải đi qua nhiều chặng (nút mạng) trung gian.
2	Tầng liên kết dữ liệu	Data Link	Xác định cơ chế truy nhập vào đường truyền vật lý, định dạng gói tin, và đóng gói dữ liệu (framing).
1	Tầng vật lý	Physical	Định nghĩa các chuẩn về điện, cơ (dây cáp, đầu nối), tốc độ truyền... để truyền các dòng bit không cấu trúc qua đường truyền vật lý.

2. Mô hình SNA (Systems Network Architecture)

SNA là kiến trúc mạng của hãng IBM (giới thiệu năm 1973). Mặc dù không phải chuẩn quốc tế như OSI, nhưng SNA là một chuẩn thực tế (de facto) rất phổ biến do tầm ảnh hưởng của IBM.

- SNA tổ chức theo khái niệm miền (domain).
- Mỗi miền được điều khiển bởi một SSCP (Systems Services Control Point) - "trái tim" của mạng SNA.
- SSCP điều khiển các Đơn vị vật lý (Physical Units - PU), và PU quản lý các tài nguyên tại mỗi nút mạng.
- SNA phân biệt 2 loại nút:

+ Nút miền con (Subarea node): Có thể dẫn đường (route) dữ liệu qua toàn mạng.
+ Nút ngoại vi (Peripheral node): Chỉ có tính cục bộ, chỉ liên lạc được với nút miền con mà nó nối vào.

Mô hình SNA cũng dựa trên phân tầng (6 tầng):

1. Tầng quản trị chức năng SNA (SNA Function Management): Cung cấp dịch vụ ứng dụng (dịch vụ giao tác) và dịch vụ trình diễn (hiển thị dữ liệu).
2. Tầng kiểm soát luồng dữ liệu (Data flow control): Quản lý luồng lưu thông, hỗ trợ 2 chiều đồng thời.
3. Tầng kiểm soát truyền (Transmission control): Điều khiển cơ bản tài nguyên truyền, quản lý theo dõi mức phiên, hỗ trợ mã hóa.
4. Tầng kiểm soát đường dẫn (Path control): Tìm đường (routing) cho gói tin qua mạng SNA.
5. Tầng kiểm soát liên kết dữ liệu (Data Link Control): Truyền gói tin qua đường vật lý, kiểm soát lỗi. Hỗ trợ các giao thức như SDLC, X.25.
6. Tầng kiểm soát vật lý (Physical control): Cung cấp giao diện vật lý với môi trường truyền thông.

Bảng so sánh tương ứng các tầng của SNA và OSI (Tương ứng Hình 3.6)

Mô hình SNA (6 tầng)	Mô hình OSI (7 tầng)
Tầng quản trị chức năng SNA (Transaction & Presentation Services)	Tầng ứng dụng (Application) Tầng trình bày (Presentation)
Tầng kiểm soát luồng dữ liệu (Data flow control)	Tầng giao dịch (Session)
Tầng kiểm soát truyền (Transmission control)	Tầng vận chuyển (Transport)
Tầng kiểm soát đường dẫn (Path control)	Tầng mạng (Network)
Tầng kiểm soát liên kết dữ liệu (Data Link Control)	Tầng liên kết dữ liệu (Data Link)
Tầng kiểm soát vật lý (Physical control)	Tầng vật lý (Physical)