Mô hình OSI là gì? Tại sao mô hình OSI lại quan trọng

Làm thế nào mà bạn có thể nhận và gửi thông tin một cách nhanh chóng, bao gồm chia sẻ liên kết, nhạc và ảnh với bạn bè chỉ trong tích tắc. Tất cả là nhờ vào mô hình OSI. Vậy mô hình OSI là gì? Tại sao mô hình OSI lại quan trọng. Hãy theo dõi ngay bài viết dưới đây của Unifi.vn nhé! 

1. Mô hình OSI là gì?

Mô hình OSI – Open Systems Interconnection Reference Model là viết tắt của kết nối hệ thống mở. Nó được phát triển bởi ISO – ‘Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế’ vào năm 1984. Mô hình OSI là một khung tham chiếu giải thích quá trình truyền dữ liệu giữa các máy tính. Nó được chia thành bảy lớp hoạt động cùng nhau để thực hiện các chức năng mạng chuyên biệt, cho phép tiếp cận mạng một cách có hệ thống hơn. 

Mô hình dữ liệu OSI cung cấp một ngôn ngữ phổ quát cho mạng máy tính, vì vậy các công nghệ đa dạng có thể giao tiếp bằng cách sử dụng các giao thức tiêu chuẩn hoặc quy tắc truyền thông. Mỗi công nghệ trong một lớp cụ thể phải cung cấp các khả năng nhất định và thực hiện các chức năng cụ thể để trở nên hữu ích trong mạng. 

2. Các giao thức trong mô hình OSI

Các giao thức OSI là một nhóm các tiêu chuẩn để trao đổi thông tin, bao gồm một bộ quy tắc đại diện cho kết nối vật lý, cáp, định dạng dữ liệu, mô hình truyền dẫn cũng như các phương tiện để đảm bảo sửa lỗi và thiếu dữ liệu. Có 2 loại giao thức chính trong mô hình OSI là giao thức hướng liên kết (Connection Oriented) và giao thức không liên kết (Connectionless). 

2.1. Giao thức hướng liên kết (Connection Oriented)

Trước khi bắt đầu quá trình truyền dữ liệu, các thực thể ở cùng một tầng trong hai hệ thống khác nhau cần thiết lập một liên kết logic chung. 

Quá trình này đảm bảo nó có thể truyền tải thông tin, giao tiếp và thương lượng với nhau về các tham số sẽ được sử dụng trong quá trình truyền dữ liệu, như là cách hợp nhất dữ liệu hay cách cắt bớt dữ liệu.

Sau khi dữ liệu được truyền, liên kết sẽ được loại bỏ. Thiết lập liên kết logic nhằm nâng cao tính an toàn và độ tin cậy trong quá trình truyền dữ liệu.

2.2. Giao thức không liên kết (Connectionless)

Với giao thức không liên kết, dữ liệu được truyền độc lập trên các tuyến khác nhau mà không yêu cầu việc thiết lập một liên kết logic chung. Giai đoạn này chỉ bao gồm quá trình duy nhất là truyền dữ liệu mà không có sự thương lượng trước đố, giúp tối giản hóa quá trình truyền dữ liệu.

3. Chức năng của các lớp trong mô hình OSI là gì?

3.1. Lớp Vật lý – Physical Layer

Lớp thấp nhất của mô hình tham chiếu OSI là lớp vật lý, chịu trách nhiệm về kết nối vật lý thực tế giữa các thiết bị. Lớp vật lý chứa thông tin ở dạng bit. Nó truyền các bit riêng lẻ từ nút này sang nút tiếp theo. Khi nhận dữ liệu, lớp này sẽ lấy tín hiệu nhận được và chuyển đổi thành 0 và 1 rồi gửi đến lớp Liên kết dữ liệu, lớp này sẽ ghép các khung lại với nhau.

Chức năng của lớp vật lý đó là: 

• Đồng bộ hóa các bit bằng cách cung cấp đồng hồ. Đồng hồ này điều khiển cả người gửi và người nhận.
• Xác định tốc độ truyền tức là số bit được gửi mỗi giây.
• Sắp xếp các thiết bị/nút khác nhau trong mạng theo cấu trúc liên kết bus, sao hoặc lưới.
• Xác định cách truyền dữ liệu giữa hai thiết bị được kết nối. Các chế độ truyền khác nhau có thể là Simplex, Half-duplex và Full-duplex.  

3.2. Lớp Liên kết dữ liệu – Data Link Layer

Lớp liên kết dữ liệu chịu trách nhiệm phân phối tin nhắn từ nút này đến nút khác. Chức năng chính của lớp này là đảm bảo việc truyền dữ liệu không có lỗi từ nút này sang nút khác qua lớp vật lý.. Lớp liên kết dữ liệu thường được chia thành hai lớp phụ: lớp Kiểm soát truy cập phương tiện (Media Access Control – MAC) và lớp Điều khiển liên kết logic (Logical Link Control – LLC). 

Chức năng của Lớp liên kết dữ liệu

• Cho phép người gửi truyền một tập hợp các bit có ý nghĩa đối với người nhận. Điều này có thể được thực hiện bằng cách gắn các mẫu bit đặc biệt vào đầu và cuối khung.
• Sau khi tạo khung, lớp Liên kết dữ liệu sẽ thêm địa chỉ vật lý (địa chỉ MAC) của người gửi và/hoặc người nhận vào tiêu đề của mỗi khung.
• Lớp này cung cấp cơ chế kiểm soát lỗi trong đó nó phát hiện và truyền lại các khung bị hỏng hoặc bị mất.
• Tốc độ dữ liệu phải không đổi ở cả hai phía, nếu không dữ liệu có thể bị hỏng, do đó, kiểm soát luồng sẽ điều phối lượng dữ liệu có thể được gửi trước khi nhận được xác nhận.
• Khi một kênh liên lạc được chia sẻ bởi nhiều thiết bị, lớp con MAC của lớp liên kết dữ liệu sẽ giúp xác định thiết bị nào có quyền kiểm soát kênh tại một thời điểm nhất định.

3.3. Lớp Mạng – Network Layer

Lớp mạng hoạt động để truyền dữ liệu từ máy chủ này sang máy chủ khác nằm trong các mạng khác nhau. Nó cũng đảm nhiệm việc định tuyến gói, tức là chọn đường đi ngắn nhất để truyền gói, từ số lượng tuyến có sẵn. 

Chức năng của lớp mạng 

• Các giao thức lớp mạng xác định tuyến đường nào phù hợp từ nguồn tới đích. Chức năng này của lớp mạng được gọi là định tuyến.
• Để nhận dạng duy nhất từng thiết bị trên Internetwork, lớp mạng xác định sơ đồ địa chỉ. Địa chỉ IP của người gửi và người nhận được lớp mạng đặt trong tiêu đề.

3.4. Lớp Giao vận – Transport Layer

Lớp vận chuyển quản lý việc phân phối và kiểm tra lỗi các gói dữ liệu. Nó điều chỉnh kích thước, trình tự và cuối cùng là truyền dữ liệu giữa các hệ thống và máy chủ. Các giao thức của lớp vận chuyển bao gồm giao thức điều khiển truyền dẫn (TCP) và giao thức gói dữ liệu người dùng (UDP).

Chức năng của tầng vận chuyển 

• Lớp này chấp nhận thông báo từ lớp phiên và chia thông báo thành các đơn vị nhỏ hơn. Mỗi phân đoạn được tạo ra đều có tiêu đề liên kết với nó. Lớp vận chuyển tại trạm đích sẽ tập hợp lại thông báo.
• Để gửi thông báo đến đúng quy trình, tiêu đề của lớp vận chuyển bao gồm một loại địa chỉ được gọi là địa chỉ điểm dịch vụ hoặc địa chỉ cổng. Do đó, bằng cách chỉ định địa chỉ này, lớp vận chuyển đảm bảo rằng thông báo được gửi đến đúng quy trình.

3.5. Lớp Phiên – Session Layer

Đây là lớp chịu trách nhiệm mở và đóng giao tiếp giữa hai thiết bị. Khoảng thời gian giữa lúc mở và đóng giao tiếp được gọi là phiên. Lớp phiên đảm bảo rằng phiên vẫn mở đủ lâu để truyền tất cả dữ liệu được trao đổi và sau đó đóng phiên ngay lập tức để tránh lãng phí tài nguyên.

Chức năng của lớp phiên:

• Cho phép hai quy trình thiết lập, sử dụng và chấm dứt kết nối.
• Lớp này cho phép một quá trình thêm các điểm kiểm tra được coi là điểm đồng bộ hóa trong dữ liệu. Các điểm đồng bộ này giúp xác định lỗi để dữ liệu được đồng bộ lại đúng cách, phần cuối của tin nhắn không bị cắt sớm và tránh mất dữ liệu.
• Lớp phiên cho phép hai hệ thống bắt đầu liên lạc với nhau ở chế độ half-duplex hoặc full-duplex. 

3.6. Lớp Trình diễn – Presentation Layer

Lớp này chịu trách nhiệm chính trong việc chuẩn bị dữ liệu để lớp ứng dụng có thể sử dụng nó. Nói cách khác, lớp trình diễn làm cho dữ liệu có thể hiển thị được để các ứng dụng sử dụng. Lớp trình bày chịu trách nhiệm dịch, mã hóa và nén dữ liệu.

• Hai thiết bị đang giao tiếp có thể sử dụng các phương thức mã hóa khác nhau, do đó lớp trình diễn chịu trách nhiệm dịch dữ liệu đến thành cú pháp mà lớp ứng dụng của thiết bị nhận có thể hiểu được.
• Nếu các thiết bị đang liên lạc qua kết nối được mã hóa, lớp này thêm mã hóa ở đầu người gửi cũng như giải mã mã hóa ở đầu người nhận để nó có thể hiển thị cho lớp ứng dụng dữ liệu có thể đọc được, không được mã hóa.
• Lớp trình bày cũng chịu trách nhiệm nén dữ liệu mà nó nhận được từ lớp ứng dụng trước khi gửi đến lớp phiên. Điều này giúp cải thiện tốc độ và hiệu quả liên lạc bằng cách giảm thiểu lượng dữ liệu sẽ được truyền.

3.7. Lớp Ứng dụng – Application Layer

Đây là lớp trên cùng của ngăn xếp các lớp mô hình tham chiếu OSI. Đây là lớp duy nhất tương tác trực tiếp với dữ liệu từ người dùng. Các ứng dụng phần mềm như trình duyệt web và ứng dụng email đều dựa vào lớp ứng dụng để bắt đầu liên lạc. Lớp ứng dụng chịu trách nhiệm về các giao thức và thao tác dữ liệu mà phần mềm dựa vào để trình bày dữ liệu có ý nghĩa cho người dùng. 

Các chức năng chính của lớp ứng dụng là: 

• Network Virtual Terminal: Nó cho phép người dùng đăng nhập vào máy chủ từ xa.
• FTAM- Quản lý và truy cập truyền tệp
• Cung cấp dịch vụ email.
• Cung cấp các nguồn cơ sở dữ liệu phân tán và quyền truy cập thông tin toàn cầu về các đối tượng và dịch vụ khác nhau.

4. Ưu và nhược điểm của mô hình OSI

4.1. Ưu điểm của mô hình OSI

• Phân biệt rất rõ ràng giữa các dịch vụ, giao diện và giao thức. Do đó, các thiết bị từ các nhà cung cấp khác nhau có thể hoạt động cùng nhau trong một mạng duy nhất không giống như các hệ thống độc quyền.
• Mỗi lớp xác định một tập hợp các chức năng trong giao tiếp dữ liệu nên việc khắc phục sự cố dễ dàng hơn.
• Các giao thức trong mô hình OSI bị ẩn nên dễ dàng được thay thế bằng các giao thức mới và những thay đổi trong giao thức.
• Giúp quản trị viên mạng xác định phần cứng và phần mềm cần thiết để xây dựng mạng của họ.

4.2. Hạn chế và vấn đề của mô hình OSI

• Nhiều ứng dụng không yêu cầu tính toàn vẹn dữ liệu do mô hình OSI cung cấp.
• Mô hình OSI quá phức tạp so với TCP/IP nhưng tối ưu và hiệu quả hơn. Các lớp phiên và trình bày hầu như không được sử dụng. Các chức năng của lớp liên kết dữ liệu và lớp mạng được chia thành nhiều lớp.
• Chuyển chế độ kết nối trong mô hình OSI cần có sự thỏa thuận giữa ba bên: người sử dụng và nhà cung cấp dịch vụ. Do đó nó chậm.
• Mô hình OSI không được áp dụng cho tất cả các ứng dụng viễn thông được sử dụng trên máy tính.
• Do mô hình phức tạp nên việc triển khai ban đầu tốn nhiều thời gian và chậm chạp.

5. Tại sao mô hình OSI lại quan trọng

Các lớp của mô hình OSI tóm lược mọi loại hình giao tiếp mạng trên cả thành phần phần mềm và phần cứng. Mô hình OSI vô cùng quan trọng bởi: 

5.1. Hiểu biết chung về những hệ thống phức tạp

Các nhà quản trị có thể sử dụng mô hình OSI để tổ chức và mô hình hóa các kiến trúc hệ thống kết nối mạng phức tạp. Họ có thể tách lớp hoạt động của từng thành phần hệ thống dựa theo chức năng chính của thành phần đó. Khả năng phân tách một hệ thống thành các phần nhỏ dễ quản lý thông qua việc trừu tượng hóa giúp mọi người dễ dàng khái niệm hóa hệ thống này một cách tổng thể.

5.2. Nghiên cứu và phát triển nhanh hơn

Với mô hình tham chiếu OSI, các nhà quản trị mạng có thể hiểu rõ hơn về công việc của mình. Khi tạo ra các hệ thống kết nối mạng mới cần giao tiếp với nhau, họ biết mình đang phát triển lớp (hoặc các lớp) công nghệ nào. Các nhà quản trị có thể phát triển các hệ thống kết nối mạng và tận dụng một loạt các quy trình và giao thức có thể lặp lại. 

5.3. Chuẩn hóa linh hoạt

Thay vì chỉ định các giao thức để sử dụng giữa các cấp, mô hình OSI chỉ định các tác vụ mà các giao thức thực hiện. Mô hình này chuẩn hóa quá trình phát triển giao tiếp mạng để mọi người có thể nhanh chóng nắm bắt, xây dựng và phân tách các hệ thống có tính phức tạp cao mà không cần phải biết trước về hệ thống. 

Mô hình OSI cũng tóm tắt các chi tiết nên các nhà quản trị mạng không cần phải hiểu biết về mọi khía cạnh của mô hình. Trong các ứng dụng hiện đại, các cấp độ kết nối mạng và giao thức thấp hơn đều được tóm tắt để đơn giản hóa việc thiết kế và phát triển hệ thống. 

6. Ứng dụng của mô hình OSI

Mô hình OSI có một số ứng dụng, bao gồm:

• Hiểu cấu trúc mạng: Mô hình OSI giúp người quản trị mạng hiểu rõ cấu trúc của một hệ thống mạng thông qua việc phân chia các chức năng vào từng tầng cụ thể.
• Phát triển và kiểm thử giao thức: Hỗ trợ phát triển và kiểm thử các giao thức mạng mới thông qua việc xác định chính xác chức năng và tương tác giữa các tầng.
• Giáo dục: Được sử dụng trong quá trình giáo dục và đào tạo người làm mạng để họ có thể hiểu rõ cách các thành phần trong hệ thống mạng tương tác với nhau.
• Khắc phục sự cố: Mô hình OSI có thể được sử dụng để xác định và khắc phục sự cố mạng.
• Thiết kế mạng: Mô hình OSI có thể được sử dụng để thiết kế mạng máy tính mới.
• Chuẩn hóa: Mô hình OSI cung cấp một khuôn khổ chung cho việc phát triển các tiêu chuẩn mạng.

7. Ví dụ truyền dữ liệu theo mô hình OSI

Khi trình duyệt của bạn yêu cầu URL cho bài viết này, nó sẽ đưa ra yêu cầu trước tiên ở Lớp ứng dụng (Lớp 7). Dữ liệu được yêu cầu (URL và thông tin truyền) được sửa đổi và di chuyển xuống ngăn xếp Mô hình OSI cho đến khi nó được nhận ở Lớp vật lý (Lớp 1) nơi máy chủ web Routermikrotik.com nhận được yêu cầu của bạn.

Ở Lớp 1, máy chủ Router Mikrotik đã xử lý yêu cầu, truy xuất mã HTML và thông tin truyền tải, đồng thời truyền bài viết trở lại người gửi. Dữ liệu được trả về bắt đầu ở Lớp vật lý (Lớp 1) và bài viết được truyền và sửa đổi sao lưu thông qua mô hình OSI cho đến khi nó đến trình duyệt của bạn (Lớp ứng dụng, Lớp 7) nơi bạn đang đọc nó ngay bây giờ.

Vì mô hình này có tính hai chiều nên cả hai bên: trình duyệt của bạn và máy chủ Web Router Mikrotik đều hoạt động như người gửi và người nhận:

• Trình duyệt của bạn gửi yêu cầu URL và nhận nội dung trang Web.
• Máy chủ Router Mikrotik nhận được yêu cầu URL và gửi nội dung trang Web.

Khung truyền dữ liệu này có thể được mô hình hóa và sử dụng bởi hầu hết các hệ thống máy tính trong mạng nội bộ và trên đám mây/internet.

8. So sánh mô hình OSI và TCP/IP

Có hai mô hình mạng máy tính phổ biến nhất: Mô hình OSI và Mô hình TCP/IP. Các mô hình này tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết lập kết nối giữa người gửi và người nhận và truyền dữ liệu một cách thông suốt. Hãy cùng chúng tôi khám phá điểm giống nhau và khác nhau giữa mô hình OSI và mô hình TCP/IP dưới đây: 

8.1. Điểm giống nhau giữa mô hình OSI và TCP/IP

Mô hình OSI và TCP/IP đều thể hiện kiến trúc phân lớp trong thiết kế của chúng, cung cấp một hệ thống có tổ chức để mô tả và triển khai các chức năng mạng. 

Cả hai mô hình đều bao gồm các lớp Network và Transport. Lớp Network quản lý định tuyến và chuyển gói dữ liệu qua mạng, trong khi lớp Transport đảm bảo truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị.

Cả hai mô hình đều sử dụng kỹ thuật chuyển Packet để truyền thông tin giữa các nút mạng. Phương pháp này tách dữ liệu thành các gói nhỏ để truyền và sau đó tái lập dữ liệu ở điểm đích, đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy trong quá trình chuyển gói dữ liệu qua mạng.

8.2. Điểm khác nhau giữa mô hình OSI và TCP/IP

Để bạn có thể thấy rõ được sự khác nhau giữa mô hình OSI và mô hình TCP/IP, chúng tôi đã tổng hợp những điểm khác nhau của 2 mô hình này trong bảng sau: 

Tổng kết

Trên đây là tất tần tật những thông tin cơ bản về mô hình OSI. Hiểu rõ mô hình OSI sẽ giúp bạn giao tiếp với các nhà công nghệ mạng khác. Nhìn có vẻ phức tạp nhưng chỉ cần nghiên cứu một chút là bạn có thể trở thành nhà phân tích an ninh mạng hiệu quả. Hy vọng bài viết này sẽ giúp ích cho bạn. Đừng quên theo dõi chúng tôi để cập nhật những kiến thức mạng quan trọng.