Mô hình OSI 7 lớp - cách tiếp cận cho người mới

Mô hình OSI 7 lớp có tên đầy đủ là Open Systems Interconection – là mô hình tham chiều các kết nối giữa các máy tính; được tạo nên bởi nguyên lý phân tầng/lớp; mỗi tầng/lớp giải quyết một phần của tiến trình truyền thông. Trong bài viết mình sẽ gọi các lớp này là các tầng ( tầng hay lớp ở đây đều giống nhau tùy theo cách gọi của các bạn nhé ). Mô hình OSI gồm 7 tầng:

Tầng Application
Tầng Presentation
Tầng Session
Tầng Transport
Tầng Network
Tầng Datalink
Tầng Physical

Trong phần dưới chúng ta sẽ đi vào chi tiết các phần cũng như các ví dụ đi kèm để các bạn có thể hình dung một cách cụ thể nhất chức năng, nhiệm vụ, ứng dụng của các tầng.

Nội dung chính

Giới thiệu chức năng – nhiệm vụ các tầng mô hình OSI
Ví dụ cụ thể cách thức truyền tải thông tin trong mạng lưới
Kết luận

Giới thiệu chức năng – nhiệm vụ các tầng mô hình OSI

Tầng Application

Hay còn gọi là tầng ứng dụng, nằm ở trên cùng và gần với người dùng nhất; đây tầng duy nhất giao tiếp trực tiếp với tiến trình ứng dụng và thực hiện các dịch vụ thông thường của tiến trình đó. Người dùng sẽ sử dụng tầng này để giao tiếp với các chương trình, ứng dụng để truyền tải thông tin, thao tác của người dùng tới đầu xa. Chúng ta sẽ là giao tiếp với máy tính thông qua tầng này. Mọi thao tác cũng như thông tin chúng ta nhập trên máy tính sẽ được tầng Application hấp thụ và chuyển xuống tầng bên dưới

Tầng Presentation

Tầng Presentation có nhiệm vụ phiên dịch, mã hóa, dữ liệu. Tầng này cung cấp một giao diện cho tầng ứng dụng theo tiêu chuẩn. Nói tóm lại, chức năng của tầng này gói gọn như sau:

Phiên dịch dữ liệu theo tiêu chuẩn để cho ứng dụng xử lý được
Mã hóa, giải mã, nén và giải nén dữ liệu mới gửi đi và giải mã dữ liệu nhận được

Tầng Session

Tầng Session chịu trách nhiệm tạo các phiên kết nối giữa các ứng dụng và quản lý các kết nối này. Khi thực hiện xong các tác vụ thì tầng này có nhiệm vụ giải phóng các kết nối này. Tầng Session sẽ kiểm tra và chuẩn bị địa chỉ ip đích và port kết nối tới đầu xa và sau đó chuyển cho tầng Transport

Tầng Transport

Tầng Transport năm dưới tầng Session, tầng này sẽ đảm việc truyền và nhận dữ liệu một cách chính xác và toàn vẹn. Tại đây, dữ liệu sẽ được cắt ra thành các phần khác nhau và được đánh số để đảm bảo đầu xa sau khi nhận được dữ liệu sẽ sắp xếp lại theo đúng thứ tự

Tầng Network

Tầng Network sẽ dựa vào địa chỉ ip đích và nguồn để tìm đầu ra cho gói tin dựa vào bảng định tuyến có trên thiết bị. Sau khi nhận được địa chỉ ip và đích từ tầng session chuẩn bị thì tầng network sẽ so sánh ip đích và ip nguồn với bảng định tuyến để tìm ra route phù hợp sau đó đóng gói ip nguồn và ip đích vào gói tin. Tại đây gói tin sẽ được gọi là Packet

Tầng Data-link

Tầng Data-link sau khi nhận được gói tin từ tầng Network cũng sẽ thực hiện tra cứu và đẩy gói tin theo cổng (interface) phù hợp. Địa chỉ MAC (Media Access Control) của interface đầu ra sẽ được gắn vào gói tin làm MAC nguồn, còn MAC đích sẽ được ghi bằng địa chỉ MAC của cổng kết nối của thiết bị tiếp theo. Sau khi đóng gói thì Packet bây giờ sẽ được gọi là một Frame

Tầng Physical

Sau khi các gói tin đã được chuẩn bị xong thì điểm đến cuối cùng là tầng Physical. Đúng như tên gọi của tầng vật lý, các gói tin sẽ được chuyển sang dạng các tín hiệu điện biểu diễn bằng dạng bit là 0 và 1 để chuyển đi qua các thiết bị. Đây là thể vật lý của thông tin. Và sẽ giúp cho thông tin của chúng ta được chuyển đi tới các ứng dụng và máy tính mong muốn.

Xử lý thông tin tại đích

Bên trên là trình tự của việc gửi một thông tin từ người dùng tới máy tính để tới một người dùng và máy tính khác. Đối với chiều ngược lại, tức là chiều tiếp nhận thông tin.

=> Các thông tin dạng vật lý sau khi được máy tính tiếp nhận ( tầng Physical) sẽ được chuyển lên tầng Data-link

=> Tầng Datalink bóc tách các mào đầu ( ở đây hay gọi là header lớp 2) bao gồm địa chỉ MAC đích và MAC nguồn sau đó sẽ gửi gói Packet nhận được lên tầng Network.

=> Tầng Network thực hiện bóc tách địa chỉ IP đích và IP nguồn gần như tương tự tầng Data-link sau đó chuyển lên tầng transport.

=> Tầng Transport kiểm tra số hiệu của gói tin để ghép lại thành một luồng thông tin phù hợp.

=> Tầng session khi nhận được luồng dữ liệu đầy đủ từ tầng Transport sẽ kiểm tra phiên mà các ứng dụng đang sử dụng qua port và ip nguồn trên gói tin.

=> Sau đó chuyển tới chính xác ứng dụng cần gói tin. Tầng Presentation biểu diễn thông tin lại thành các dạng mà ứng dụng hiểu được.

=> Và cuối cùng tầng Application sẽ bày biện tất cả cho chúng ta nhìn thấy trên màn hình những thông tin nhận được, giúp chúng ta hiểu được các thông tin từ đầu xa gửi tới.

Ví dụ cụ thể cách thức truyền tải thông tin trong mạng lưới

Tại bài viết này mình sẽ minh họa qua việc soạn 1 mail trong outlook để xem sự hiện diện của lý thuyết về mô hình OSI trong việc truyền tải thông tin.
=> Tầng application chính là phần mềm outlook. Khi mở outlook ra soạn mail, việc chúng ta viết các text rồi paste hình ảnh vào mail, thì outlook chấp nhận các text , hình ảnh này sẽ do tầng presentation cho phép, tầng này bao gồm chữ và hình ảnh được sử dụng, ví dụ chữ có thể đậm, gạch dưới, in nghiêng, ảnh có thể dạng png, jpeg… Sau khi soạn xong email, chỉnh font chữ vừa ý rồi thì ta bấm send.

=> Sau khi bấm send, bản tin sẽ được đẩy xuống tầng session (session layer) , tầng này chuẩn bị các thông tin như ip đích của mail server, port(25,110,587.v.v…), kèm với nội dung mail. Sau đó gửi xuống tầng transport.

=> Lúc này tầng transport sẽ cắt nội dung mail thành các phần nhỏ và dán số port đích, port source(ngẫu nhiên), số thứ tự vào mỗi phần nhỏ đó (gọi là các gói tin), và chuyển xuống tầng network.

=> Tầng network thực hiện việc dán IP source, IP đích và tìm nexthop để đẩy gói tin đi (dựa vào bảng routing-table). Sau khi tìm ra nexthop, gói tin được đẩy xuống tầng data link layer, tại đây thực hiện việc dán địa chỉ mác cổng thiết bị hiện tại và mác đích (mác của cổng router phía trước), dán xong thì packet được gọi là frame.

=> Frame sau đó được biến đổi thành tín hiệu điện tử và truyền đi trên dây mạng (phần điện tử kĩ sư mạng biết vậy thôi chứ không rõ biết cụ thể dạng tín hiệu như nào, vì nó thuộc phần công nghệ viễn thông, không cần nắm sâu)

=> Khi tín hiệu điện tử đến thiết bị đầu xa, nếu là router nó được phục hồi thành frame, rồi router sẽ remove mac source/mac đích đi; từ đó router check xem IP đích là gì và tiếp tục quy trình như trên để chuyển đến đích.

=> Nếu gặp thiết bị switch thì tín hiệu phục hồi thành frame, và switch check xem địa chỉ mác đích ở đâu, rồi tra trong bảng mac table, rồi forward frame đến mác đích.

=> Cứ như vậy tín hiệu đến được thiết bị đích và được phục hồi ngược lại thành frame—> packet —-> lắp lại thành segment—> thành bản tin dạng đọc được và hiển thị lên application.

Cách sử dụng lý thuyết mô hình OSI

Đầu tiên là đối với các bạn sinh viên mới ra trường hoặc xin việc hoặc xin đi thực tập thì các câu hỏi về mô hình OSI khá là cơ bản vì đây là mô hình chung nhất cho việc truyền tải dữ liệu. Đặc biệt đối với các bạn đi phỏng vấn các vị trí về quản trị mạng.
Khi nắm được các tầng OSI cũng như nhiệm vụ và đặc điểm của nó thì bạn đã hiểu được cơ bản các nhánh và ngách của các công việc liên quan tới truyền tải dữ liệu. Các bạn học Lập trình làm ở tầng application và presentation, các bạn quản trị hệ thông sẽ làm việc chủ yếu ở tầng session và transportation, còn các bạn làm về network như mình sẽ làm việc ở tầng network và data-link ( chủ yếu là làm việc với switch và router), và các bạn điện điện tử đương nhiên sẽ làm việc với tầng physical.
Hơn nữa khi nắm được 7 tầng OSI các bạn cũng sẽ dễ dàng hơn trong việc khoanh vùng và tshoot. Kiểm tra các thành phần liên quan để loại trừ khả năng và chuẩn đoán đúng lỗi của hệ thống bạn đang quản trị dù là dân Lập Trình hay Network đều có thể sử dụng.