Mạng máy tính - Mô hình phân tầng OSI

Mô hình phân tầng OSI


Mạng máy tính
Nội dung
Protocol (giao thức)
Giao thức là gì?
Bộ giao thức (protocol stack)
Mô hình phân tầng
Khái niệm
Truyền thông giữa 2 máy theo mô hình phân tầng
Mô hình OSI (Open Systems Interconection)
Tầng Physical
Tầng Data link
Tầng Network
Tầng Transport
Tầng Presentation
Tầng Application
Giao thức là gì?
Là các quy tắc, quy ước hay các thủ tục để các máy có thể giao tiếp và truyền thông với nhau trên mạng
2 máy muốn truyền thông phải sử dụng cùng giao thức
Ví dụ: giao thức quy định
Mã hóa tín hiệu
Dạng khung
Phương pháp truy cập
Các thủ tục truyền/nhận
Bộ giao thức (protocol stack)
Với bài toán truyền thông lớn, thường giao thức rất phức tạp.
Để đơn giản, bài toán truyền thông lớn được phân thành các phần nhỏ và người ta thiết kế giao thức trên từng phần.
Tất cả các giao thức trên từng tầng tạo thành bộ giao thức
Các bộ giao thức thông dụng
Bộ giao thức IPX/SPX của hãng Novell trên mạng Novell Netware
Bộ giao thức NetBEUI của hãng Microsoft trên mạng Microsoft Network
Bộ giao thức TCP/IP được sử dụng trên liên mạng Internet (trên hệ điều hành Linux)
Hệ điều hành Window hỗ trợ cả 3 bộ giao thức trên
Một máy có thể cài đặt và sử dụng nhiều bộ giao thức đồng thời
Mô hình phân tầng
Là mô hình mô tả cách thức phân chia bài toán truyền thông lớn thành các thành phần nhỏ, mỗi phần là 1 tầng
Mạng được tổ chức theo cấu trúc đa tầng. Tầng trên được xác định dựa vào các tầng dưới  tầng dưới sẽ cung cấp các dịch vụ cho tầng trên
Thiết kế giao thức trên từng tầng
Bộ giao thức mạng gồm các giao thức trên từng tầng
Bài toán truyền thông mạng được đưa về bài toán truyền thông trên từng tầng
Mô hình phân tầng
Giả sử mạng gồm N tầng, xét hoạt động truyền thông giữa 2 máy theo mô hình phân tầng
Máy gởi
Máy nhận
tầng N-1
tầng N
tầng i
tầng 1
Mô hình phân tầng
Tại mỗi tầng có 2 mối quan hệ theo chiều ngang và dọc
Quan hệ chiều ngang: biểu diễn giao tiếp giữa 2 tầng giống nhau trên 2 máy theo giao thức tầng tương ứng
Quan hệ chiều dọc: biểu diễn giao tiếp giữa 2 tầng kề nhau trên 1 máy
Tầng thấp nhất là tầng 1 mới có liên kết vật lý, dữ liệu được truyền từng bit trực tiếp qua đường truyền vật lý
Tại tầng N: dữ liệu không truyền trực tiếp, dữ liệu lần lượt được đưa xuống các tầng thấp hơn cho đến tầng 1 và truyền qua đường truyền vật lý. Bên nhận sẽ nhận dữ liệu ở tầng 1, dữ liệu sẽ được đưa lên các tầng trên cho đến tầng N

Mô hình phân tầng
Biểu diễn thông tin ở mỗi tầng giao thức
Bên gởi: tại mỗi tầng, sẽ đặt thêm thông tin điều khiển header/tailer vào khung dữ liệu để biểu diễn tầng giao thức tương ứng trước khi đưa xuống tầng dưới
Bên nhận: ngược lại, mỗi tầng sẽ cắt bỏ thông tin header/tailer trước khi đưa lên tầng trên
tầng N-1
tầng N
tầng 1
Mô hình kết nối các hệ thống mở (OSI)
Các mạng có mô hình phân tầng khác nhau  rất khó truyền thông với nhau  phải chuẩn hóa mô hình phân tầng
Năm 1974, các tổ chức như tổ chức tiêu chuẩn quốc tế (ISO) CCITT,… đã tiêu chuẩn hóa mô hình phân tầng gọi là OSI.
Mô hình này gồm 7 tầng:
Tầng 7: application – ứng dụng
Tầng 6: presentation – trình diễn
Tầng 5: session – phiên (giao dịch)
Tầng 4: transport – vận chuyển
Tầng 3: network – mạng
Tầng 2: data link – liên kết dữ liệu
Tầng 1: physical – vật lý
Tầng vật lý (physical)
Cung cấp giao thức truyền thông từng bit qua đường truyền vật lý
Mã hóa tín hiệu bit và định thời giao truyền
Ví dụ mạng ethernet dùng mã Manchester
Loại phương tiện truyền thông
Mô hình vật lý của mạng (BUS/STAR/RING)
Các thiết bị họat động ở tầng vật lý: Repeater, HUB, Brigde Multiplexor, transceiver,…
Thiết bị hoạt động ở tầng vật lý
Mô hình liên kết mạng của Repeater (bộ tiếp sức)
Hoạt động của bộ tiếp sức trong mô hình OSI
Tầng liên kết dữ liệu (data link)
Cung cấp giao thức truyền thông theo khung trong cùng 1 mạng
Mô tả cấu trúc khung (ví dụ khung ethernet)
Định nghĩa địa chỉ trạm của 1 máy trên mạng
Phương pháp truy cập mạng.
Ví dụ mạng ethernet dùng phương pháp truy cập CSMA/CD
Mạng token ring dùng token passing
Kiểm soát lỗi, luồng dữ liệu (ví dụ dùng mã dò lỗi CRC)

Tầng liên kết dữ liệu (data link)
Tầng data link cung cấp các dịch vụ truyền thông
Dịch vụ phi liên kết: 2 bên không cần thiết lập kết nối. Dịch vụ này nhanh, chi phí thấp nhưng không đảm bảo tin cậy (do không kiểm soát lỗi và luồng nên dữ liệu có thể bị mất) (như nhắn tin)
Dịch vụ hướng liên kết: 2 bên phải thiết lập kết nối. Dịch vụ này chi phí rất cao vì có kiểm soát lỗi và luồng  đảm bảo tin cậy, dữ liệu không bị mất
Dịch vụ phi liên kết có báo nhận
Các thiết bị hoạt động ở tầng data link: LAN card, switch, bridge

Thiết bị hoạt động ở tầng liên kết dữ liệu
Hoạt động của Bridge
Hoạt động của Bridge trong mô hình OSI
Tầng Network
Cung cấp giao thức truyền thông theo gói giữa 2 máy bất kỳ trên liên mạng (các máy kết nối lại với nhau tạo thành 1 mạng lớn hơn)
Định nghĩa địa chỉ mạng của 1 mạng vật lý
2 chức năng chính của tầng Network là tìm đường (routing) và chuyển chặng.
Các giao thức tìm đường đi ngắn nhất
RIP (Routing Information Protocol ): dùng thuật toán vector – tính khoảng cách
SPF (shactest path first): dùng thuật toán đô thị tìm đường đi ngắn nhất của Dijkstra
Thiết bị hoạt động ở tầng Network là bộ định tuyến Router (thiết bị để kết nối liên mạng và có chức năng tìm đường đi)
Thiết bị hoạt động ở tầng mạng
Hoạt động của Router
Hoạt động của Router trong mô hình OSI
Tầng vận chuyển
Tầng vận chuyển cung cấp các chức năng cần thiết giữa tầng mạng và các tầng trên.
Là tầng cao nhất có liên quan đến các giao thức trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống mở.
Tầng vận chuyển là tầng cơ sở mà ở đó một máy tính của mạng chia sẻ thông tin với một máy khác.
Tầng vận chuyển đồng nhất mỗi trạm bằng một địa chỉ duy nhất và quản lý sự kết nối giữa các trạm.
Tầng vận chuyển cũng chia các gói tin lớn thành các gói tin nhỏ hơn trước khi gửi đi. Thông thường tầng vận chuyển đánh số các gói tin và đảm bảo chúng chuyển theo đúng thứ tự.
Tầng giao dịch
Tầng giao dịch (session layer) thiết lập "các giao dịch" giữa các trạm trên mạng
Một giao dịch phải được thiết lập trước khi dữ liệu được truyền trên mạng
Tầng giao dịch đảm bảo cho các giao dịch được thiết lập và duy trì theo đúng qui định
Tầng giao dịch cung cấp cho người sử dụng các chức năng cần thiết để quản trị các giao dịch trong ứng dụng của họ:
Điều phối việc trao đổi dữ liệu giữa các ứng dụng bằng cách thiết lập và giải phóng các phiên giao dịch
Cung cấp các điểm đồng bộ để kiểm soát việc trao đổi dữ liệu.
Áp đặt các qui tắc cho các tương tác giữa các ứng dụng của người sử dụng.
Cung cấp cơ chế "lấy lượt" (nắm quyền) trong quá trình trao đổi dữ liệu.
Tầng trình diễn
Cung cấp các giao thức biểu diễn và chuyển đổi dữ liệu giữa các máy trên mạng
Nén dữ liệu  dữ liệu nhỏ hơn  truyền nhanh hơn
Bên gởi: nén
Bên nhận: giải nén
Mã hóa dữ liệu  bảo mật thông tin
Bên gởi: mã hóa
Bên nhận giải mã  dữ liệu ban đầu
Ví dụ người ta dùng áp dụng cơ chế mã hóa SSL ở tầng trình diễn trong giao thức HTTP  HTTPs
Chuyển đổi dữ liệu: trên mạng có thể gồm nhiều máy tính có thể có cấu trúc khác nhau  có thể sử dụng các dạng dữ liệu khác nhau  phải chuyển đổi dữ liệu giữa các máy
Tầng ứng dụng
Tầng ứng dụng là tầng cao nhất của mô hình OSI, nó xác định giao diện giữa người sử dụng và môi trường OSI
Cung cấp giao thức cho các dịch vụ và các ứng dụng của người dùng trên mạng
Ví dụ:
Dịch vụ web: sử dụng giao thức HTTP để truyền nội dung trang web
Dịch vụ FTP: sử dụng giao thức FTP để truyền tập tin
Dịch vụ mail sử dụng giao thức:
SMTP: giao thức gởi mail
POP3: giao thức nhận mail