Kiến thức chương 4 - Quản Trị Mạng – Trường ĐH Kinh Tế Huế

Mô hình kết nối các hệ thống mở (Open Systems Interconection)

Mô hình OSI (Open Systems Interconnection) được ISO phát triển nhằm mục đích cho phép các sản phẩm của các hãng sản xuất khác nhau có thể nối kết và truyền thông với nhau. Ưu điểm lớn nhất của nó là giải quyết vấn đề truyền thông giữa các máy tính không giống nhau.

Để hai hệ thống khác nhau có thể truyền thông hiệu quả, chúng phải đảm bảo các điều kiện chung sau:

- Cài đặt cùng một tập các chức năng truyền thông.
- Các chức năng đó được tổ chức thành cùng một tập các tầng.
- Các tầng đồng mức (peer layers) phải cung cấp các chức năng như nhau.
- Các tầng đồng mức khi trao đổi với nhau phải sử dụng chung một giao thức.

Mô hình OSI tổ chức mạng máy tính thành 7 tầng (layers) theo mô hình phân tầng. Nó là một "khung" (framework) hay một "tiêu chuẩn của các chuẩn", định rõ các mặt hoạt động của mạng để các tiêu chuẩn mạng khác nhau có thể khớp vào.

1. Nguyên tắc sử dụng khi định nghĩa các tầng hệ thống mở:

Các nguyên tắc chính của ISO khi xây dựng 7 tầng của mô hình OSI bao gồm:

- Không định nghĩa quá nhiều tầng để tránh phức tạp hóa việc ghép nối.
- Tạo ranh giới các tầng sao cho số lượng tương tác qua lại là nhỏ nhất.
- Tạo các tầng riêng biệt cho các chức năng khác biệt nhau hoàn toàn về kỹ thuật.
- Các chức năng giống nhau được đặt trong cùng một tầng.
- Cho phép thay đổi các chức năng hoặc giao thức trong một tầng mà không ảnh hưởng đến các tầng khác.
- Tạo ranh giới giữa mỗi tầng với tầng trên và tầng dưới nó.

II. Các giao thức trong mô hình OSI

Trong mô hình OSI, có hai loại giao thức chính được áp dụng là: có liên kết và không liên kết.

So sánh hai loại giao thức chính:

Gói tin (Packet): là một đơn vị thông tin dùng trong liên lạc, chuyển giao dữ liệu. Các thông điệp (message) lớn ở máy nguồn sẽ được tạo thành các gói tin. Khi đến máy đích, các gói tin này được kết hợp lại thành thông điệp ban đầu.

Quá trình đóng gói (Encapsulation) dữ liệu:

Khi dữ liệu đi từ tầng trên xuống tầng dưới (từ tầng 7 xuống tầng 1), mỗi tầng sẽ "đóng gói" dữ liệu bằng cách gắn thêm vào một phần "header" (phần đầu) chứa thông tin điều khiển của tầng đó. Dữ liệu của tầng trên sẽ trở thành "phần dữ liệu" (data) của gói tin tầng dưới.

Lưu ý quan trọng: Tầng Liên kết dữ liệu (Tầng 2) là tầng đặc biệt vì nó thêm cả phần đầu (header) và phần kiểm lỗi (trailer) vào cuối gói tin.

Tại bên nhận, quá trình "gỡ bỏ" (decapsulation) diễn ra ngược lại. Các header (và trailer) được gỡ bỏ tuần tự khi dữ liệu đi từ tầng 1 lên tầng 7.

III. Các chức năng chủ yếu của các tầng của mô hình OSI.

1. Tầng 1: Vật lý (Physical)

Là tầng dưới cùng của mô hình OSI, chịu trách nhiệm truyền tải dòng bit (0 và 1) qua đường truyền vật lý. Tầng này định nghĩa các đặc trưng vật lý và điện của mạng:

- Các loại cáp, loại đầu nối (connector).
- Các đặc trưng điện của tín hiệu, kỹ thuật nối mạch điện.
- Tốc độ truyền dẫn, độ dài tối đa của cáp.

Lưu ý: Tầng vật lý không gán ý nghĩa gì cho các bit và là tầng duy nhất không có gói tin riêng và không có header. Dữ liệu được truyền đi dưới dạng một dòng bit.

Có hai phương thức truyền tín hiệu:

2. Tầng 2: Liên kết dữ liệu (Data link)

Tầng này chịu trách nhiệm gán ý nghĩa cho các bit được truyền từ tầng vật lý. Chức năng chính là đảm bảo truyền dữ liệu tin cậy trên một đường truyền vật lý.

- Quy định dạng thức, kích thước của gói tin (gọi là Frame hay khung tin).
- Cung cấp địa chỉ vật lý (ví dụ: địa chỉ MAC) của máy gửi và máy nhận.
- Xác định cơ chế truy nhập thông tin trên mạng (ví dụ: CSMA/CD trong Ethernet).
- Cung cấp cơ chế phát hiện và sửa lỗi cơ bản (thông qua phần trailer). Nếu có lỗi không sửa được, nó sẽ thông báo cho nơi gửi để gửi lại.

Tầng này có hai phương thức liên kết chính: "một điểm - một điểm" (đường truyền riêng) và "một điểm - nhiều điểm" (chia sẻ chung đường truyền).

3. Tầng 3: Mạng (Network)

Tầng mạng chịu trách nhiệm kết nối các mạng khác nhau lại với nhau. Chức năng quan trọng nhất của nó là tìm đường (routing) cho các gói tin (gọi là Packet) từ mạng này đến mạng khác.

- Xác định việc chuyển hướng, vạch đường cho các gói tin, có thể phải đi qua nhiều chặng (nút mạng trung gian) trước khi đến đích.
- Luôn tìm các tuyến truyền thông không bị tắc nghẽn.
- Hai chức năng chủ yếu là chọn đường (routing) và chuyển tiếp (relaying).
- Rất quan trọng khi liên kết hai loại mạng khác nhau (ví dụ: Ethernet và Token Ring) bằng bộ tìm đường (Router).

Có hai phương thức chọn đường chính:

Việc chọn đường dựa trên các thông tin như: trạng thái đường truyền, thời gian trễ, mức độ lưu thông...

4. Tầng 4: Vận chuyển (Transport)

Đây là tầng cơ sở đảm bảo việc truyền thông tin cậy giữa hai máy tính (end-to-end). Nó là tầng cao nhất có liên quan đến các giao thức trao đổi dữ liệu và là tầng cuối cùng chịu trách nhiệm về mức độ an toàn trong truyền dữ liệu.

- Cung cấp địa chỉ dịch vụ (ví dụ: Port) để đồng nhất các trạm (ứng dụng) trên máy tính.
- Quản lý sự kết nối giữa các trạm.
- Chia (segmentation) các gói tin lớn thành các gói tin nhỏ hơn (gọi là Segment) trước khi gửi đi và hợp (reassembly) lại ở bên nhận.
- Đảm bảo các gói tin được chuyển theo đúng thứ tự.
- Cung cấp cơ chế phục hồi lỗi và kiểm soát luồng.

Có 5 lớp giao thức vận chuyển (từ 0 đến 4), tùy thuộc vào độ tin cậy của tầng mạng (Loại A - tin cậy, Loại B - mất tín hiệu, Loại C - không tin cậy):

5. Tầng 5: Giao dịch (Session)

Tầng giao dịch thiết lập, quản lý và chấm dứt các "giao dịch" (hay "phiên", "hội thoại" - dialogues) giữa các ứng dụng trên các trạm khác nhau. Nó lập ánh xạ giữa tên và địa chỉ.

Chức năng chính:

- Quản lý hội thoại: Điều phối việc trao đổi dữ liệu, thiết lập và giải phóng phiên.
- Đồng bộ hóa (Synchronization): Cung cấp các "điểm đồng bộ" (checkpoints) trong dòng dữ liệu. Nếu có lỗi xảy ra, việc truyền thông có thể được khôi phục từ điểm đồng bộ gần nhất, thay vì bắt đầu lại từ đầu.
- Quản lý "lượt" (Turn management): Trong các giao tiếp hai chiều luân phiên (half-duplex), tầng này quản lý việc ai có quyền truyền dữ liệu tại một thời điểm thông qua cơ chế "thẻ bài" (token). Ai giữ token thì có quyền truyền dữ liệu.

6. Tầng 6: Trình bày (Presentation)

Tầng trình bày chịu trách nhiệm về dạng biểu diễn (syntax) của dữ liệu được trao đổi giữa các ứng dụng. Nó đảm bảo rằng dữ liệu do tầng Ứng dụng của máy gửi truyền đi có thể được hiểu bởi tầng Ứng dụng của máy nhận.

Nó giải quyết vấn đề các máy tính khác nhau có thể sử dụng các cách biểu diễn dữ liệu khác nhau (ví dụ: hệ máy Intel và hệ máy Motorola). Tầng này cung cấp một "dạng biểu diễn chung" để truyền thông.

Các chức năng chính của tầng này là:

- Chuyển đổi dữ liệu (Translation): Chuyển đổi từ dạng biểu diễn cục bộ sang dạng biểu diễn chung và ngược lại.
- Mã hóa (Encryption) / Giải mã (Decryption): Đảm bảo tính bảo mật cho dữ liệu bằng cách xáo trộn dữ liệu trước khi truyền và giải mã ở đầu nhận.
- Nén (Compression) / Giải nén (Decompression): Giảm số lượng bit cần truyền để tăng hiệu quả truyền thông.

7. Tầng 7: Ứng dụng (Application)

Là tầng cao nhất của mô hình OSI, cung cấp giao diện trực tiếp giữa các chương trình ứng dụng của người sử dụng (ví dụ: trình duyệt web, email, truyền file) và môi trường mạng OSI.

Tầng này không cung cấp dịch vụ cho bất kỳ tầng nào khác mà nó giải quyết các kỹ thuật mà các chương trình ứng dụng dùng để giao tiếp với mạng. Ví dụ về các giao thức tầng ứng dụng là HTTP, FTP, SMTP, DNS...