Kiến thức web

Mô hình OSI là gì? Nhiệm vụ và chức năng của 7 tầng OSI

Hiện nay, mô hình OSI đang thu hút sự quan tâm lớn từ cộng đồng thủ thuật máy tính. Mô hình OSI phân chia các giao thức truyền thông thành 7 tầng khác nhau, mỗi tầng đảm nhận những chức năng riêng biệt để giải quyết các vấn đề cụ thể trong quá trình truyền thông. Để tìm hiểu chi tiết hơn về mô hình OSI là gì, mời bạn cùng Megaweb tham khảo ngay bài viết này nhé!

1. Mô hình OSI là gì?

Mô hình OSI là viết tắt của "Open Systems Interconnection Reference Model", có nghĩa là một khuôn khổ tham chiếu để kết nối các hệ thống mở. Được xây dựng dựa trên nguyên lý phân tầng, mô hình này giải thích một cách trừu tượng về cách kỹ thuật để kết nối truyền thông giữa các máy vi tính và thiết kế các giao thức mạng.

Nó được phát triển như một phần của nỗ lực kết nối các hệ thống mở, do ITU-T và ISO khởi xướng, thường được gọi là mô hình 7 tầng của OSI. Mô hình OSI tuân theo các nguyên tắc phân tầng như sau:

Bao gồm 7 tầng, mô hình OSI đại diện cho hệ thống mở và cần có khả năng liên kết với các hệ thống khác cũng như tương thích với các chuẩn OSI.
Các ứng dụng được xử lý trong các hệ thống mở, trong khi việc kết nối giữa các hệ thống vẫn được duy trì.
Thiết lập kênh logic để thực hiện việc trao đổi thông tin giữa các thực thể.

2. Các giao thức trong mô hình OSI là gì?

Trong mô hình OSI, có hai loại giao thức được áp dụng: giao thức hướng liên kết (Connection-Oriented) và giao thức không liên kết (Connectionless).

Giao thức hướng liên kếtđòi hỏi việc thiết lập một liên kết logic giữa các thực thể đồng tầng trong hai hệ thống trước khi truyền dữ liệu. Các thực thể này thương lượng về các tham số sẽ được sử dụng trong quá trình truyền dữ liệu, cũng như về việc cắt/hợp dữ liệu và thời điểm liên kết sẽ bị hủy bỏ. Việc thiết lập liên kết logic này có thể nâng cao độ tin cậy và tính an toàn trong quá trình trao đổi dữ liệu.

Trái ngược với giao thức hướng liên kết, giao thức không liên kết cho phép dữ liệu được truyền mà không cần thiết lập bất kỳ liên kết logic nào trước đó. Dữ liệu được truyền độc lập trên các tuyến khác nhau và với các giao thức không liên kết, chỉ có một giai đoạn duy nhất cho việc truyền dữ liệu.

Các giao thức trong mô hình OSI là gì

3. Tại sao mô hình OSI lại quan trọng?

Mô hình OSI, hoặc Open Systems Interconnection Model, đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực giao tiếp mạng bằng cách tổng hợp cấu trúc và chức năng của các thành phần phần mềm và phần cứng. Dưới đây là một số lợi ích quan trọng của mô hình OSI:

Hiểu biết tổng quan về hệ thống phức tạp: Mô hình OSI hỗ trợ kỹ sư trong việc tổ chức và mô hình hóa kiến trúc của các hệ thống kết nối mạng phức tạp. Bằng cách phân chia lớp hoạt động dựa trên chức năng chính, nó giúp quản lý và hiểu biết về hệ thống một cách rõ ràng.

Nhanh chóng trong nghiên cứu và phát triển: Khi xây dựng hệ thống mới, kỹ sư có thể dễ dàng hiểu rõ công việc của mình thông qua mô hình OSI. Điều này hỗ trợ họ trong việc phát triển công nghệ cần thiết để hệ thống giao tiếp mạng mới hoạt động hiệu quả. Đồng thời, việc sử dụng quy trình và giao thức đã chuẩn hóa giúp tạo điều kiện cho việc phát triển hệ thống nhanh chóng.

Linh hoạt trong việc chuẩn hóa: Mô hình OSI không chỉ xác định giao thức mà còn xác định nhiệm vụ của giao thức đó. Điều này giúp chuẩn hóa quá trình phát triển giao tiếp mạng, cho phép người làm việc nắm bắt, xây dựng và phân tách các hệ thống mà không cần phải hiểu biết về mọi khía cạnh chi tiết của mô hình. Mô hình OSI được sử dụng trong lĩnh vực phát triển ứng dụng hiện đại như một bảng mẫu để thể hiện cách các hệ thống được cấu trúc và kết nối.

Tại sao mô hình OSI lại quan trọng

4. Vai trò và chức năng chủ yếu các tầng OSI là gì?

Tầng ứng dụng (Application Layer)

Nhiệm vụ của tầng này là xác định giao diện giữa người sử dụng và môi trường OSI. Nó bao gồm một loạt các giao thức ứng dụng cung cấp các khía cạnh cho người sử dụng truy cập vào môi trường mạng và cung cấp các dịch vụ phân tán. Khi các thực thể ứng dụng (Application Entities - AE) được thiết lập, chúng gọi đến các thành phần dịch vụ ứng dụng (Application Service Elements - ASE).

Mỗi thực thể ứng dụng có thể bao gồm một hoặc nhiều thành phần dịch vụ ứng dụng. Các thành phần dịch vụ ứng dụng được tích hợp trong môi trường của thực thể ứng dụng thông qua các liên kết được gọi là đối tượng liên kết đơn (Single Association Object - SAO). SAO điều khiển quá trình truyền thông và cho phép việc tuần tự hóa các sự kiện truyền thông.

Tầng trình bày (Presentation Layer)

Tầng này xử lý các vấn đề liên quan đến cú pháp và ngữ nghĩa của thông tin được truyền. Nó đảm bảo rằng thông tin người sử dụng được biểu diễn một cách phù hợp với cách thông tin hoạt động trong mạng và ngược lại. Thông thường, việc biểu diễn thông tin của ứng dụng nguồn và ứng dụng đích có thể khác nhau do chúng chạy trên các hệ thống khác nhau.

Tầng này chịu trách nhiệm chuyển đổi dữ liệu gửi đi trên mạng từ một loại biểu diễn này sang một loại biểu diễn khác. Để làm được điều này, nó cung cấp một dạng biểu diễn truyền thông chung, cho phép chuyển đổi từ dạng biểu diễn cục bộ sang dạng biểu diễn chung và ngược lại.

Tầng phiên (Session Layer)

Tầng phiên cho phép người sử dụng trên các máy tính khác nhau thiết lập, duy trì và đồng bộ hóa phiên truyền thông giữa họ. Tầng này, nói một cách khác, thiết lập các "giao dịch" giữa các thực thể kết thúc.

Dịch vụ phiên cung cấp một kết nối giữa hai thực thể kết thúc sử dụng dịch vụ phiên để trao đổi dữ liệu một cách đồng bộ và sau khi hoàn thành, giải phóng kết nối. Sử dụng "thẻ bài" (Token) để truyền dữ liệu, đồng bộ hóa và hủy bỏ kết nối trong các phương thức truyền song song hoặc tuần tự. Tạo ra các điểm đồng bộ hóa trong cuộc trò chuyện. Trong trường hợp sự cố, có thể khôi phục cuộc trò chuyện bằng cách bắt đầu từ một điểm đồng bộ hóa đã thống nhất.

Tầng vận chuyển (Transport Layer)

Tầng vận chuyển là tầng cao nhất trong hệ thống liên quan đến việc trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống mở và kiểm soát quá trình truyền dữ liệu từ nút này tới nút khác (End-to-End). Các quy trình trong 3 tầng dưới đó (vật lý, liên kết dữ liệu và mạng) chỉ phục vụ cho việc truyền dữ liệu giữa các tầng lân cận trong mỗi hệ thống. Các thực thể cùng tầng hội thoại và thương lượng với nhau trong quá trình truyền dữ liệu.

Tầng vận chuyển thực hiện việc chia nhỏ các gói tin lớn thành các gói tin nhỏ hơn trước khi gửi đi và gán số thứ tự cho từng gói tin, đảm bảo chúng được chuyển đi theo đúng thứ tự. Là tầng cuối cùng chịu trách nhiệm về mức độ an toàn trong quá trình truyền dữ liệu, vì vậy giao thức tầng vận chuyển phụ thuộc nhiều vào bản chất của tầng mạng. Tầng vận chuyển cũng có khả năng thực hiện việc kết hợp một số liên kết vào cùng một kết nối để giảm chi phí (multiplex).

Tầng mạng (Network Layer)

Tầng mạng thực hiện các chức năng chọn lộ trình (routing) cho các gói tin từ nguồn tới đích, có thể là trong cùng một mạng hoặc qua các mạng khác nhau. Lộ trình có thể được cố định hoặc được xác định khi bắt đầu trao đổi và có thể là động (Dynamic), thay đổi theo trạng thái tải ngay lúc của mạng cho từng gói tin. Trong mạng quảng bá (Broadcast), chức năng routing trở nên đơn giản.

Một chức năng quan trọng khác của tầng mạng là việc điều khiển tắc nghẽn (Congestion Control). Khi có quá nhiều gói tin cùng lưu thông trên cùng một đường truyền, tình trạng tắc nghẽn có thể xảy ra. Tầng này cũng thực hiện chức năng giao tiếp giữa các mạng khi các gói tin đi từ một mạng sang mạng khác để đến đích.

Tầng liên kết dữ liệu (Data Link Layer)

Nhiệm vụ chính của tầng liên kết dữ liệu là thiết lập, duy trì và hủy bỏ các kết nối dữ liệu cũng như kiểm soát lỗi và quản lý lưu lượng.

Tầng này chia thông tin thành các khung dữ liệu (Frame), truyền các khung theo thứ tự và xử lý các tin nhắn xác nhận (Acknowledgement Frame) từ máy thu để gửi trở lại. Sau đó, tầng này giải quyết các khung thành chuỗi bit không cấu trúc và chuyển chúng xuống tầng vật lý. Ở phía máy thu, tầng liên kết dữ liệu tái tạo chuỗi bit thành các khung thông tin.

Do đường truyền vật lý có thể gây ra lỗi, tầng liên kết dữ liệu phải xử lý việc kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng dữ liệu và kiểm soát lưu lượng. Nó cũng ngăn chặn việc gửi "quá tải" dữ liệu từ nút nguồn đến nút thu với tốc độ thấp hơn. Trong các mạng quảng bá, tầng con MAC (Medium Access Sublayer) quản lý việc duy trì quyền truy cập vào đường truyền.

Tầng vật lý (Physical Layer)

Tầng vật lý đóng vai trò là tầng thấp nhất trong mô hình OSI bao gồm các thực thể giao tiếp với nhau thông qua một đường truyền vật lý. Nhiệm vụ của tầng này là xác định các chức năng và thủ tục liên quan đến điện, cơ, hoặc quang để thiết lập, duy trì và giải phóng các kết nối vật lý giữa các hệ thống mạng. Nó cung cấp các cơ chế điện tử, hàm số, thủ tục... để kết nối các thành phần của mạng thành một hệ thống thông qua các phương pháp vật lý.

Đây cũng là lớp đảm bảo các yêu cầu về chuyển mạch để tạo ra các đường truyền thực sự cho chuỗi bit thông tin. Chuẩn hóa trong tầng vật lý định nghĩa các giao diện giữa người dùng và môi trường mạng. Các giao thức ở tầng vật lý có thể chia thành hai loại: truyền không đồng bộ (Asynchronous) và truyền đồng bộ (Synchronous).

Vai trò và chức năng chủ yếu các tầng OSI là gì

5. Các lựa chọn thay thế cho mô hình OSI là gì?

Các mô hình mạng đã trải qua sự phát triển và sử dụng khác nhau trong quá khứ, ví dụ như Sequenced Packet Exchange/Internet Packet Exchange (SPX/IPX) và Network Basic Input Output System (NetBIOS). Tuy nhiên, hiện nay, giải pháp thay thế chủ yếu cho mô hình Open Systems Interconnection (OSI) là mô hình TCP/IP.

Mô hình TCP/IP bao gồm năm lớp khác nhau:

Lớp vật lý
Lớp liên kết dữ liệu
Lớp mạng
Lớp truyền tải
Lớp ứng dụng

Mặc dù một số lớp trong mô hình TCP/IP có vẻ tương đồng với lớp tương ứng trong mô hình OSI như lớp vật lý, lớp mạng và lớp ứng dụng, nhưng điều này không hoàn toàn chính xác. Thực tế, mô hình TCP/IP phản ánh chính xác hơn cấu trúc và giao thức của Internet.

Mô hình OSI vẫn được sử dụng rộng rãi như một mô hình mạng để mô tả cách mạng hoạt động từ một góc nhìn toàn diện và để mục đích giáo dục. Tuy nhiên, mô hình TCP/IP hiện nay được ưa chuộng hơn trong thực tế và sử dụng rộng rãi hơn.

6. Một lưu ý về các giao thức và mô hình độc quyền

Cần lưu ý rằng không phải tất cả các hệ thống và ứng dụng trên Internet đều tuân theo mô hình TCP/IP hoặc OSI. Cả hai mô hình này đều là tiêu chuẩn mở được thiết kế để sử dụng và phát triển, nhưng cũng có các tiêu chuẩn độc quyền do các tổ chức phát triển để áp dụng trong hệ thống nội bộ của họ.

Điều này đôi khi dẫn đến việc ra mắt các tiêu chuẩn độc quyền cho công chúng sau khi đã được thử nghiệm và sử dụng trong môi trường đó. Một ví dụ là s2n-tls, một giao thức TLS ban đầu thuộc sở hữu của Amazon Web Services (AWS), nhưng hiện đã trở thành mã nguồn mở.

Bài viết trên cung cấp một cái nhìn tổng quan về mô hình OSI và vai trò của các tầng trong mô hình này. Hy vọng rằng thông tin này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về mô hình OSI và áp dụng chúng một cách hiệu quả hơn. Hãy tiếp tục theo dõi những bài viết hữu ích tiếp theo từ Megaweb nhé!!