Mô hình OSI là gì? Vai trò và chức năng cơ bản của 7 tầng OSI

Trong bài viết này chúng tôi sẽ giới thiệu đến các bạn về mô hình OSI là gì? Và các cách đơn giản để hiểu thứ tự các tầng của mô hình OSI được sử dụng như thế nào? Và OSI là một thành phần quan trọng trong mạng máy tính.

Bài viết cùng chủ đề: 

• Mô hình TCP/IP là gì? Cách thức hoạt động của mô hình TCP/IP

1. Mô hình mạng OSI là gì? OSI được sử dụng ở đâu?

Khái niệm online, lướt web mà chúng ta vẫn hay nói hàng ngày?

Bản chất việc lên mạng tức là mỗi chúng ta có 1 hay nhiều thiết bị có kết nối mạng (ĐT thông minh, máy tính,..). Mỗi tháng chúng ta phải trả tiền mạng cho các nhà cung cấp dịch vụ Internet (WIFI có thể là viettel, FPT, VNPT, gói cước điện thoại mobifone, Viettel hoặc các nhà mạng khác và lên mạng tức là chúng ta sẽ kết nối với 1 thiết bị khác để lấy dữ liệu về hoặc gửi dữ liệu lên.

• Mô hình truyền thông OSI sẽ giúp chúng ta hiểu dữ liệu giữa điện thoại và máy chủ ấy sẽ truyền với nhau như nào. Ví dụ người dùng đăng ảnh lên facebook thì nó sẽ đi đến được máy chủ Facebook như nào?
• Mô hình OSI (Open Systems Interconnection Reference Model) tạm dịch là Mô hình tham chiếu kết nối các hệ thống mở - là một thiết kế dựa vào nguyên lý tầng cấp, lý giải một cách trừu tượng kỹ thuật kết nối truyền thông giữa các máy tính và thiết kế giao thức mạng giữa chúng.
• Mô hình mạng OSI sinh ra 7 lớp để giúp chúng ta hình dung dữ liệu của chúng ta gửi hoặc nhận nó sẽ hoạt động và đi như nào trên “mạng”.

Vậy cụ thể mô hình OSI có mấy tầng? Mô hình này gồm có 7 lớp để giải quyết vấn đề trên:

1. Application
2. Presentation
3. Session
4. Transport
5. Network
6. Datalink
7. Physical

2. Cách hoạt động của mô hình mạng OSI 

Cùng tìm hiểu chi tiết về quá trình đóng gói dữ liệu trong 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…

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 bên máy chủ facebook.com 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 tụ được đẩy lên tầng trên Datalink

Sau khi được truyền đến được máy chủ facebook.com 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 chúng ta sẽ hiểu rõ 1 phần nào về mô hình hoạt động mạng 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. 

3. Tổng quan các tầng trong mô hình OSI

3.1. Tầng ứng dụng (Application layer)

• Tầng ứng dụng là cái mà 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 mà bạn có thể chưa biết đến: 

• 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.

3.2. Tầng trình diễn (đứng sau Application layer - Presentation layer)

• 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).

3.3. Tầng phiên (Session layer)

• 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.

3.4. Tầng giao vận (Transport layer)

• 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)

3.5 Tầng mạng (Network layer)

• 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)

3.6 Tầng liên kết dữ liệu (Data link layer)

• 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

3.7. Tầng vật lý (Physical layer)

• 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.

4. Các giao thức trong mô hình OSI

Giao thức của mô hình này chỉ có 2 loại là:

Giao thức hướng liên kết hoặc 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 hoặc Connectionless

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

5. So sánh giữa hai mô hình mạng TCP/IP và OSI

• Ngoài mô hình mạng OSI thì chúng ta 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 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.

6. 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.

7. Mô hình OSI được chia ra thành mấy tầng?

Mô hình được chia làm 7 tầng như chúng tôi đã nêu trên mục Tổng quan các tầng trong mô hình tham chiếu OSI.

Trên là phần tài liệu được SunCloud nghiên cứu rút gọn để các bạn đọc hiểu về mô hình OSI là gì. Sau khi đọc xong bài viết, các bạn phải hiểu được chức năng của từng tầng và các giao thức chính có trong mỗi tầng. Để đọc nhiều bài viết về công nghệ kỹ thuật mời bạn đọc xem thêm tại danh mục Kiến thức công nghệ của chúng tôi. Cảm ơn các bạn đã theo dõi.