Mô hình OSI là gì ? | Hôm nay tình cờ chém gió với mấy anh em trong teams thì có cu em đặt câu hỏi, mô hình OSI là gì, hoạt động như thế nào vậy mấy huynh ? Mình mới tài lanh trả lời là mô hình OSI là mô hình chuẩn để các hệ thống trên internet dựa vào đó mà giao tiếp với nhau, chắc nó thấy mình uyên bác quá hay sao ấy mà nó hỏi mình thêm anh kể tên tầng hay lớp gì đó mình quên rồi trong mô hình OSI đi anh, mình thì được cái xính ngoại nên hỏi lại là em muốn nói đến Layers trong mô hình OSI đó hả kakaka ghê chưa :), sau khi chém gió xèo xèo thì mình không kể được hết 7 Layers của mô hình OSI, trời ơi chui đi đâu đây, thôi thì chui lên internet nơi mà mô hình OSI nó đang được ứng dụng để tìm hiểu về mô hình lại từ đầu. Dưới đây là những kiến thức mình tìm được trên internet và hứa với lòng là lần sau đứa nào hỏi đến mô hình OSI nữa thì mở guide này ra coi cho chắc.

 Mô hình OSI là gì ?

• Mô hình OSI (Open Systems Interconnection Reference Model) là mô hình căn bản về các tiến trình truyền thông, thiết lập các tiêu chuẩn kiến trúc mạng ở mức Quốc tế, là cơ sở chung để các hệ thống khác nhau có thể liên kết và truyền thông được với nhau. Mô hình OSI tổ chức các giao thức truyền thông thành 7 tầng, mỗi một tầng giải quyết một phần hẹp của tiến trình truyền thông, chia tiến trình truyền thông thành nhiều tầng và trong mỗi tầng có thể có nhiều giao thức khác nhau thực hiện các nhu cầu truyền thông cụ thể.
• Mô hình OSI không phải là một kiến ​​trúc mạng vì nó không chỉ định các dịch vụ và giao thức chính xác được sử dụng ở mỗi lớp.

Mô hình OSI tuân theo các nguyên tắc phân tầng nào.

1. 1. Mô hình gồm N = 7 tầng. OSI là hệ thống mở, phải có khả năng kết nối với các hệ thống khác nhau, tương thích với các chuẩn OSI.
   2. Quá trình xử lý các ứng dụng được thực hiện trong các hệ thống mở, trong khi vẫn duy trì được các hoạt động kết nối giữa các hệ thống.
   3. Thiết lập kênh logic nhằm mục đích thực hiện việc trao đổi thông tin giữa các thực thể.

Cách hoạt động của mô hình OSI.

Bước 1: Đưa thông tin cần gửi vào máy tính.

Ở tầng Application (tầng 7), người dùng tiến hành đưa thông tin cần gửi vào máy tính. Các thông tin này thường có dạng như: hình ảnh, văn bản, số, ứng dụng trên điện di động, các dữ liệu mà các ứng dụng có thể hỗ trợ như google docs, google sheet, Microsoft excel, Word…

Sau đó các dữ liệu này được đưa xuống tầng Presentation (tầng 6) để chuyển hóa các dữ liệu thành một dạng chung để mã hóa dữ liệu và nén dữ liệu.

Dữ liệu sau khi qua tầng 6 được chuyển xuống tầng Session (Tầng 5). Tầng phiên có chức năng bổ sung các thông tin cần thiết cho một phiên giao dịch (gửi-nhận) đồng thời.

Bước 2: Tiếp theo, toàn bộ gói tin đang ở tầng 5 lại được đưa xuống tầng 4 (transport).

Lúc này toàn bộ nội dung của gói tin lớp 7, 5, 6 sẽ được tầng 4 coi là 1 Data được đóng thêm một TCP header hoặc UDP header phần này sẽ được gọi là 1 segments, segments chứa 2 thành phần chính TCP/UDP header và data. Segments sẽ được đưa xuống tầng tiếp theo là tầng 3 network.

Bước 3: Đóng thêm IP header vào Segments.

Tương tự tầng trên tầng 3 thực hiện đóng thêm 1 IP header vào Segments và được gọi với tên gọi khác Packet. Packet chứa IP header , TCP/UDP header và Data.

Bước 4: Gói tin lần lượt được đưa xuống các tầng tiếp theo.

Tương tự như trên gói tin tiếp tục được đưa xuống tầng tiếp theo lần lượt Datalink, physical. Riêng ở layer 2, Data Link thì ngoài việc bọc thêm ethernet header lúc này sẽ được gọi là Frames nó còn bọc thêm phần kiểm tra lỗi FCS và xuống lớp vật lý. Đơn vị dữ liệu của lớp vật lý phải là các Bits. Tức là toàn bộ cấu trúc dữ liệu này sẽ được chuyển hóa thành một dòng Bit nhị phân để truyền trên đường truyền vật lý.

Bước 5: Quá trình diễn ra ở đầu thu.

Ở phía đầu thu tức là ở phía máy chủ thì quá trình lại diễn ra ngược lại tức là lúc này dòng Bit nhị phân được đưa vào đường truyền vật lý và truyền lên trên.

Bước 6: Gói tin tiếp tục được đẩy lên tầng trên Datalink.

Sau khi được truyền đến được máy chủ với dãy bit 0100011000… Ở tầng physical thì nó sẽ được tiếp tục đẩy lên tầng trên Datalink. Bóc 1 lớp gói hàng ra được gọi ethernet header ra ở tầng Datalink gọi là lớp Frames và tương tự đẩy lên Tầng Network và bóc lớp Packets tương tự như vậy đến tầng transport bóc Segments và đẩy lên tầng trên của nó.

Tóm tắt kiến thức cần nhớ.

• Kết thúc quá trình trên hoàn thành 1 quá trình gửi dữ liệu từ người dùng đến 1 máy tính khác và máy tính trả lời thông tin người dùng mong muốn.Thông qua bước trên giúp mình hiểu rõ 1 phần nào về mô hình OSI.
• Trong quá trình này, người dùng gửi đi 1 đoạn văn bản hoặc hình ảnh,… máy tính sẽ chia nhỏ thành các gói tin và tất cả các gói tin này sẽ thực hiện các bước trên.
• Tại nơi người gửi, mỗi tầng coi gói tin của tầng trên gửi xuống là dữ liệu được nhận – phải giữ gìn dữ liệu và thêm vào gói tin các thông tin điều khiển của của tầng mà đang thêm để nhận dạng sau đó chuyển tiếp xuống tầng dưới. Tại nơi nhận, quá trình diễn ra ngược lại với quá trình gửi, mỗi tầng lại tách thông tin đã gắn vào và chuyển dữ liệu lên tầng trên tiếp tục tách các thông tin mà mỗi tầng đã gắn. 

Các tầng của mô hình OSI.

Các giao thức trong mô hình OSI.

Giao thức hướng liên kết (Connection Oriented).

• Trước khi liên kết truyền dữ liệu, các hệ thống khác nhau cần phải thiết lập liên kết giữa các tầng trong OSI lại với nhau.
• Trong quá trình truyền dữ liệu các tầng sẽ trao đổi với nhau các dữ liệu sao cho hiệu quả.
• Làm tăng độ tin cậy và an toàn trong quá trình truyền dữ liệu.

Giao thức không liên kết (Connectionless).

• Giao thức chỉ thực hiện truyền dữ liệu và dữ liệu được truyền đi độc lập trên các tuyến khác nhau.

Vai trò và chức năng các tầng trong mô hình OSI.

Tầng ứng dụng (Application layer).

Nhiệm vụ của tầng này là xác định giao diện giữa người sử dụng và môi trường OSI. Bao gồm nhiều giao thức ứng dụng cung cấp các phương diện cho người sử dụng truy cập vào môi trường mạng và cung cấp các dịch vụ phân tán. Khi các thực thể ứng dụng AE (Application Entity) được thiết lập, nó sẽ gọi đến các phần tử dịch vụ ứng dụng ASE (Application Service Element). Mỗi thực thể ứng dụng có thể gồm một hoặc nhiều các phần tử dịch vụ ứng dụng. Các phần tử dịch vụ ứng dụng được phối hợp trong môi trường của thực thể ứng dụng thông qua các liên kết gọi là đối tượng liên kết đơn SAO (Single Association Object). SAO điều khiển việc truyền thông và cho phép tuần tự hóa các sự kiện truyền thông.

• Tầng ứng dụng là những gì người dùng có thể nhìn thấy bằng mắt được ví dụ như các ứng dụng được cài trên máy tính (Chrome,mozilla firefox,…) và môi trường truyền tin.
• Chức năng mà nó làm là chuyển file trong đó có giải quyết vấn đề không tương thích (tên file theo định dạng, mã hóa văn bản theo ngôn ngữ chung).
• Cung cấp các dịch vụ tiêu biểu cho người dùng: Web, Mail, DNS (phân giải tên miền), DHCP (cấp phát IP  động), FTP (truyền file dữ liệu: hình ảnh,văn bản,…).

Các giao thức mà tầng Application sử dụng để đáp ứng dịch vụ:

• HTTP (Hypertext Transfer Protocol): Phương thức sử dụng cho website.
• DNS (Domain Name System): Phân giải tên miền.
• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Phương thức dùng để gửi và nhận email.
• SNMP (Simple Network Monitoring Protocol): Dùng trong quá trình giám sát 1 thiết bị phần cứng.
• FTP (File Transfer Protocol): Truyền file.
• NTP (Network Time Protocol): Đồng bộ hóa thời gian.

Tầng trình diễn (Presentation layer).

Tầng trình bày giải quyết các vấn đề liên quan đến các cú pháp và ngữ nghĩa của thông tin được truyền. Biểu diễn thông tin người sử dụng phù hợp với thông tin làm việc của mạng và ngược lại. Thông thường biểu diễn thông tin các ứng dụng nguồn và ứng dụng đích có thể khác nhau bởi các ứng dụng được chạy trên các hệ thống có thể khác nhau. Tầng trình bày phải chịu trách nhiệm chuyển đổi dữ liệu gửi đi trên mạng từ một loại biểu diễn này sang một loại biểu diễn khác. Để đạt được điều đó nó cung cấp một dạng biểu diễn truyền thông chung cho phép chuyển đổi từ dạng biểu diễn cục bộ sang biểu diễn chung và ngược lại.

• Tầng trình diễn sử dụng một chuẩn chung để giải quyết cú pháp ngữ nghĩa khi truyền và chuyển đổi thông tin và được 2 bên sử dụng (mã ASCII – EBCDIC).
• Sử dụng để nén dữ liệu hoặc giải nén sau khi truyền làm giảm dung lượng và băng thông truyền trên mạng.
• Mã hoá dữ liệu để thực hiện quyền truy cập và bảo đảm bảo các yếu tố bảo vệ cho dữ liệu.

Các giao thức tiêu biểu tầng Presentation sử dụng : 

• XDR (Extreme Dynamic Range).
• ASN.1 (Abstract Syntax Notation One).
• SMB (Server Message Block).
• AFP (Alpha-fetoprotein).
• NCP (Network Control Protocol).

Tầng phiên (Session layer).

Tầng phiên cho phép người sử dụng trên các máy khác nhau thiết lập, duy trì và đồng bộ phiên truyền thông giữa họ với nhau. Nói cách khác tầng phiên thiết lập “các giao dịch” giữa các thực thể đầu cuối.

Dịch vụ phiên cung cấp một liên kết giữa 2 đầu cuối sử dụng dịch vụ phiên sao cho trao đổi dữ liệu một cách đồng bộ và khi kết thúc thì giải phóng liên kết. Sử dụng thẻ bài (Token) để thực hiện truyền dữ liệu, đồng bộ hóa và hủy bỏ liên kết trong các phương thức truyền đồng thời hay luân phiên. Thiết lập các điểm đồng bộ hóa trong hội thoại. Khi xảy ra sự cố có thể khôi phục hội thoại bắt đầu từ một điểm đồng bộ hóa đã thỏa thuận.

• Người sử dụng chịu sự điều hành như thiết lập, duy trì, huỷ bỏ, đồng bộ phiên truyền thông dữ liệu giữa các kết nối đang sử dụng.
• Cung cấp thời gian, truyền tệp giữa các máy tính để giới hạn hoặc tạo các dịch vụ giúp người dùng hữu ích hơn trong quá trình sử dụng.
• Quản lý token: Cung cấp để tránh hiện tượng tranh chấp đường truyền.
• Thực hiện đồng bộ (Synchronization): Thực hiện đối với những dữ liệu lớn bằng cách thêm vào các thông tin kiểm tra, sửa lỗi.

Các giao thức tiêu biểu Session layer sử dụng : ASAP, TLS, ISO 8327 / CCITT X.225, RPC, NetBIOS, ASP.

Tầng giao vận (Transport layer).

Là tầng cao nhất liên có liên quan đến các giao thức trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống mở, kiểm soát việc truyền dữ liệu từ nút tới nút (End-to-End). Thủ tục trong 3 tầng dưới (vật lý, liên kết dữ liệu và mạng) chỉ phục vụ việc truyền dữ liệu giữa các tầng kề nhau trong từng hệ thống. Các thực thể đồng tầng hội thoại, thương lượng với nhau trong quá trình truyền dữ liệu.

Tầng giao vận thực hiện việc chia các gói tin lớn thành các gói tin nhỏ hơn trước khi gửi đi và đánh số các gói tin và đảm bảo chúng chuyển theo đúng thứ tự. Là tầng cuối cùng chịu trách nhiệm về mức độ an toàn trong truyền dữ liệu nên giao thức tầng vận chuyển phụ thuộc nhiều vào bản chất của tầng mạng. Tầng vận chuyển có thể thực hiện việc ghép kênh (multiplex) một vài liên kết vào cùng một liên kết nối để giảm giá thành.

• Kiểm soát việc truyền dữ liệu giữa các host với nhau: Bắt đầu từ tầng giao vận các thực thể có thể trao đổi với nhau 1 cách logic.
• Thực hiện việc ghép kênh và phân kênh: Mỗi ứng dụng có thể gửi dữ liệu đi theo nhiều con đường, giải quyết vấn đề nhiều người sử dụng trên 1 đường truyền kết nối vật lý, phân chia lưu lượng đến đúng địa chỉ.

Các giao thức tiêu biểu tầng Transport sử dụng :

• TCP(Transmission Control Protocol).
• UDP(User Datagram Protocol).
• RTP(Real time transfer protocol).
• SCTP(Stream Control Transmission Protocol).

Tầng mạng (Network layer).

Tầng mạng thực hiện các chức năng chọn đường đi (routing) cho các gói tin nguồn tới đích có thể trong cùng một mạng hoặc khác mạng nhau. Đường có thể được cố định, cũng có thể được định nghĩa khi bắt đầu hội thoại và có thể đường đi là động (Dynamic) có thể thay đổi với từng gói tin tùy theo trạng thái tải tức thời của mạng. Trong mạng kiểu quảng bá (Broadcast) routing rất đơn giản.

Một chức năng quan trọng khác của tầng mạng là chức năng điều khiển tắc nghẽn (Congestion Control). Nếu có quá nhiều gói tin cùng lưu chuyển trên cùng một đường thì có thể xảy ra tình trạng tắc nghẽn. Thực hiện chức năng giao tiếp giữa các mạng khi các gói tin đi từ mạng này sang mạng khác để tới đích.

Tầng mạng trong mô hình OSI là điểm mấu chốt giúp giải quyết vấn đề nghẽn mạng.

• Vấn đề chủ chốt của tầng mạng là dẫn đường (định tuyến), định rõ các gói tin (packet) được truyền theo những con đường nào từ nguồn đến đích.
• Các đường kết nối ít bị thay đổi và thường được đặt khi bắt đầu liên kết tĩnh hay động tùy vào mức độ tải của mạng.
• Giải quyết vấn đề nghẽn mạng.
• Thực hiện đánh địa chỉ cho các host có trong mạng và chia nhỏ các gói tin cho phù hợp với mạng.
• Thực hiện kiểm tra đường truyền có ổn định hay không, xác định đường đi từ nguồn tới đích của một gói Giao thức mạng Internet(IP – Internet Protocol).
• Ngoài ra tầng mạng còn thống kê số lượng các gói tin truyền qua mạng hay cấm hoặc cho phép các gói tin của giao thức nào đó.

Các giao thức tiêu biểu tầng Network sử dụng.

• IP (Internet Protocol)
• ICMP (Internet Control Message Protocol)
• IGMP (Internet Group Management Protocol)
• IPX (Internetwork Packet Exchange)
• BGP ( Border Gateway Protocol)
• OSPF (Open Shortest Path First)
• RIP (Rest in peace)
• IGRP (Interior Gateway Routing Protocol)
• EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol)
• ARP (Address Resolution Protocol)
• RARP (Reverse Address Resolution Protocol)

Tầng liên kết dữ liệu (Data link layer).

Chức năng chủ yếu của tầng liên kết dữ liệu là thực hiện thiết lập các liên kết, duy trì và hủy bỏ các liên kết dữ liệu. Kiểm soát lỗi và kiểm soát lưu lượng.

Chia thông tin thành các khung thông tin (Frame), truyền các khung tuần tự và xử lý các thông điệp xác nhận (Acknowledgement Frame) từ bên máy thu gửi về. Tháo gỡ các khung thành chuỗi bit không cấu trúc chuyển xuống tầng vật lý. Tầng 2 bên thu, tái tạo chuỗi bit thành các khung thông tin. Đường truyền vật lý có thể gây ra lỗi, nên tầng liên kết dữ liệu phải giải quyết vấn đề kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng, kiểm soát lưu lượng, ngăn không để nút nguồn gây “ngập lụt” dữ liệu cho ben thu có tốc độ thấp hơn. Trong các mạng quảng bá, tầng con MAC (Medium Access Sublayer) điều khiển việc duy trì nhập đường truyền.

• Truyền dữ liệu giữa các node mạng kề nhau. Truyền các segment trong một mạng nội bộ.
• Ngoài ra ở tầng liên kết dữ liệu sẽ kiểm soát lỗi đường truyền, thông lượng trong một hệ thống mạng.
• Thực hiện đóng gói frame, gửi các frame một cách tuần tự đi trên mạng, xử lý các thông báo xác nhận (Acknowledgement frame) do bên nhận gửi về.
• Xác định ranh giới giữa các frame bằng cách ghi một số byte đặc biệt vào đầu và cuối frame.
• Giải quyết vấn đề thông lượng truyền giữa bên gửi và bên nhận (Vấn đề này có thể được giải quyết bởi một số lớp trên).

Các giao thức tiêu biểu Data link layer sử dụng : Ethernet, Token ring, Frame, 802.11, WiFi, PPP.

Tầng vật lý (Physical layer).

Tầng vật lý là tầng thấp nhất trong mô hình OSI. Các thực thể tầng giao tiếp với nhau qua một đường truyền vật lý. Tầng vật lý xác định các chức năng, thủ tục về điện, cơ, quang để kích hoạt, duy trì và giải phóng các kết nối vật lý giữa các hệ thống mạng. Cung cấp các cơ chế về điện, hàm, thủ tục, … nhằm thực hiện việc kết nối các phần tử của mạng thành một hệ thống bằng các phương pháp vật lý. Đảm bảo cho các yêu cầu về chuyển mạch hoạt động nhằm tạo ra các đường truyền thực cho các chuỗi bit thông tin. Các chuẩn trong tầng vật lý là các chuẩn xác định giao diện người sử dụng và môi trường mạng. Các giao thức tầng vật lý có hai loại: truyền dị bộ (Asynchronous) và truyền đồng bộ (Synchronous).

• Tầng vật lý liên quan truyền dữ liệu. Truyền dữ liệu bằng các bit qua các thiết bị chuyển mạng hoặc các thiết bị vật lý được kết nối với nhau bằng dây dẫn.
• Tầng vật lý cần quan tâm đến các vấn đề về thao tác vật lý như ghép nối cơ khí, điện tử bảng mạch. Thủ tục và môi trường truyền tin bên dưới nó ví dụ mức điện áp tương ứng với bit 0 – 1, thời gian tồn tại của xung…

Các giao thức tiêu biểu tầng vật lý sử dụng:

10BASE-T, 100BASE-T, 1000BASE-T, SONET/SDH, T-carrier/E-carrier, các tầng vật lý khác thuộc 802.11.

So sánh giữa hai mô hình OSI và TCP/IP

• Ngoài mô hình mạng OSI thì còn có mô hình khác tương tự là mô hình TCP/IP. Bản chất 2 mô hình “tương tự nhau” nhưng mỗi mô hình sẽ giải quyết 1 vấn đề khác nhau.
• Mô hình OSI ra đời sau khi các giao thức TCP/IP đã được sử dụng rộng rãi, nhiều công ty đã đưa ra các sản phẩm TCP/IP. Vì vậy, mô hình mạng OSI chỉ được sử dụng trong thực tế như một chuẩn về lý thuyết.
• Bản thân mô hình OSI không phải là một kiến ​​trúc mạng vì nó không chỉ định các dịch vụ và giao thức chính xác được sử dụng ở mỗi lớp. Mô hình này chỉ hiển thị những gì mỗi lớp trong vòng lặp cần làm. OSI đã phát triển các tiêu chuẩn để so sánh các nghiên cứu cho từng lớp, nhưng bằng cách sử dụng các tiêu chuẩn này, chúng không phải là một phần của mô hình tham chiếu.
• Trong TCP/IP các giao thức được phát triển đầu tiên và sau đó mô hình được phát triển. Còn với OSI thì ngược lại.
• Mô hình quá phức tạp cho việc cài đặt làm cho OSI khó có thể ứng dụng rộng rãi trên thực tế.

Tóm tắt chức năng các tầng giao thức trong OSI.

Các câu hỏi thường gặp về mô hình OSI.

1. Mô hình OSI có bao nhiêu lớp?

• Tùy theo cách gọi của từng người, tầng và lớp trong OSI là một nên nó có 7 lớp.

2. TCP làm việc ở lớp nào của mô hình OSI?

• Giao thức TCP làm việc ở tầng giao vận (Transport layer).

3. Routers làm việc ở lớp nào trong mô hình OSI?

• Routers làm việc ở tầng mạng (Network layer). Có thể thấy một số giao thức mà Router sử dụng như: BGP, OSPF, RIP, IGRP, EIGRP, ARP.

4. Switch nằm ở tầng nào của mô hình OSI?

• Switch nằm ở tầng 2, Data Link Layer trong mô hình mạng OSI.

5. Thứ tự các tầng trong mô hình này?

• Thứ tự các tầng của OSI được xếp từ cao xuống thấp:

7- Application

6 – Presentation

5 – Session

4 – Transport

3 – Network

2 – Datalink

1-  Physical.

 

Nguồn tham khảo :

1.  Mô hình OSI là gì? Chức năng của các tầng giao thức trong mô hình OSI – TOTOLINK Việt Nam.
2.  Mô hình OSI có nhiệm vụ và chức năng như thế nào? (suncloud.vn)