Kiến trúc phân tầng và mô hình OSI

Tầng vật lý (physical)

• Tầng vật lý liên quan đến truyền dòng các bit giữa các máy với nhau bằng đường truyền vật lý. Tầng này liên kết các giao diện hàm cơ, quang và điện với cáp. Ngoài ra nó cũng chuyển tải những tín hiệu truyền dữ liệu do các tầng ở trên tạo ra.
• Việc thiết kế phải bảo đảm nếu bên phát gửi bít 1 thì bên thu cũng phải nhận bít 1 chứ không phải bít 0
• Tầng này phải quy định rõ mức điện áp biểu diễn dữ liệu 1 và 0 là bao nhiêu von trong vòng bao nhiêu giây
• Chiều truyền tin là 1 hay 2 chiều, cách thức kết nối và huỷ bỏ kết nối
• Định nghĩa cách kết nối cáp với card mạng: bộ nối có bao nhiêu chân, chức năng của mỗi chân

Tóm lại: Thiết kế tầng vật lý phải giải quyết các vấn đề ghép nối cơ, điện, tạo ra các hàm, thủ tục để truy nhập đường truyền, đường truyền các bít.

Tầng liên kết dữ liệu (data link)

• Cung cấp phương tiện để truyền thông tin qua liên kết vật lý đảm bảo tin cậy: gửi các khối dữ liệu với cơ chế đồng bộ hoá, kiểm soát lỗi và kiểm soát luồng dữ liệu cần thiết
• Các bước tầng liên kết dữ liệu thực hiện:

• Chia nhỏ thành các khối dữ liệu frame (vài trăm bytes), ghi thêm vào đầu và cuối của các frame những nhóm bít đặc biệt để làm ranh giới giữa các frame

• Trên các đường truyền vật lý luôn có lỗi nên tầng này phải giải quyết vấn đề sửa lỗi (do bản tin bị hỏng, mất và truyền lại)

• Giữ cho sự đồng bộ tốc độ giữa bên phát và bên thu

• Tóm lại: tầng liên kết dữ liệu chịu trách nhiệm chuyển khung dữ liệu không lỗi từ máy tính này sang máy tính khác thông qua tầng vật lý. Tầng này cho phép tầng mạng truyền dữ liệu gần như không phạm lỗi qua liên kết mạng

Tầng mạng (Network)

• Lập địa chỉ các thông điệp, diễn dịch địa chỉ và tên logic thành địa chỉ vật lý
• Kiểm soát và điều khiển đường truyền:Định rõ các bó tin được truyền đi theo con đường nào từ nguồn tới đích. Các con đường đó có thể là cố định đối với những mạng ít thay đổi, cũng có thể là động nghĩa là các con đường chỉ được xác định trước khi bắt đầu cuộc nói chuyện. Các con đường đó có thể thay đổi tuỳ theo trạng thái tải tức thời.
• Quản lý lưu lượng trên mạng: chuyển đổi gói, định tuyến, kiểm soát sự tắc nghẽn dữ liệu (nếu có nhiều gói tin cùng được gửi đi trên đường truyền thì có thể xảy ra tắc nghẽn )
• Kiểm soát luồng dữ liệu và cắt hợp dữ liệu (nếu cần)

Chú ý: Trong mạng phân tán nhiệm vụ của tầng rất đơn giản thậm chí có thể không tồn tại

Tầng giao vận (Transport)

• Thực hiện việc truyền dữ liệu giữa hai đầu nút (end - to - end)
• Thực hiện kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng dữ liệu từ máy → máy. Đảm bảo gói tin truyền không phạm lỗi, theo đúng trình từ, không bị mất mát hay sao chép.
• Thực hiện việc ghép kênh, phân kênh cắt hợp dữ liệu (nếu cần). Đóng gói thông điệp, chia thông điệp dài thành nhiều gói tin và gộp các gói nhỏ thành một bộ
• Tầng này tạo ra một kết nối cho mỗi yêu cầu của tầng trên nó. Khi có nhiều yêu cầu từ tầng trên với thông lượng cao thì nó có thể tạo ra nhiều kết nối và cùng một lúc có thể gửi đi nhiều bó tin trên đường truyền

Tầng phiên (Session)

• Cung cấp phương tiện truyền thông giữa các ứng dụng: cho phép người sử dụng trên các máy khác nhau có thể thiết lập, duy trì, huỷ bỏ và đồng bộ hoá các phiên truyền thông giữa họ với nhau.
• Nhiệm vụ chính:

• Quản lý thẻ bài đối với những nghi thức: hai bên kết nối để truyền thông tin không đồng thời thực hiện một số thao tác. Để giải quyết vấn đề này tầng phiên cung cấp 1 thẻ bài, thẻ bài có thể được trao đổi và chỉ bên nào giữ thẻ bài mới có thể thực hiện một số thao tác quan trọng

• Vấn đề đồng bộ: khi cần truyền đi những tập tin dài tầng này chèn thêm các điểm kiểm tra (check point) vào luồng dữ liệu. Nếu phát hiện thấy lỗi thì chỉ có dữ liệu sau điểm kiểm tra cuối cùng mới phải truyền lại

Tầng trình diễn (Presentation)

• Quyết định dạng thức trao đổi dữ liệu giữa các máy tính mạng. Người ta có thể gọi đây là bộ dịch mạng. ở bên gửi, tầng này chuyển đổi cú pháp dữ liệu từ dạng thức do tầng ứng dụng gửi xuống sang dạng thức trung gian mà ứng dụng nào cũng có thể nhận biết. ở bên nhận, tầng này chuyển các dạng thức trung gian thành dạng thức thích hợp cho tầng ứng dụng của máy nhận.
• Tầng trình diễn chịu trách nhiệm chuyển đổi giao thức, biên dịch dữ liệu, mã hoá dữ liệu, thay đổi hay chuyển đổi ký tự và mở rộng lệnh đồ hoạ.
• Nén dữ liệu nhằm làm giảm bớt số bít cần truyền
• ở tầng này có bộ đổi hướng hoạt đông để đổi hướng các hoạt động nhập/xuất để gửi đến các tài nguyên trên mấy phục vụ

Tầng ứng dụng (Application)

• Cung cấp các phương tiện để người sử dụng có thể truy nhập được vào môi trường OSI, đồng thời cung cấp các dịch vụ thông tin phân tán.
• Tầng này đóng vai trò như cửa sổ dành cho hoạt động xử lý các trình ứng dụng nhằm truy nhập các dịch vụ mạng. Nó biểu diễn những dịch vụ hỗ trợ trực tiếp các ứng dụng người dùng, chẳng hạn như phần mềm chuyển tin, truy nhập cơ sở dữ liệu và email.
• Xử lý truy nhập mạng chung, kiểm soát lỗi và phục hồi lỗi.

Dịch vụ định hướng liên kết và dịch vụ không liên kết

ở mỗi tầng trong mô hình OSI có hai loại dịch vụ: dịch vụ định hướng liên kết (connection - oriented service) và dịch vụ không định hướng liên kết (connectionless service)

• Dịch vụ định hướng liên kết: là dịch vụ theo mô hình điện thoại, trước khi truyền dữ liệu cần thiết lập một liên kết logic giữa các thực thể đồng mức
• Dịch vụ không liên kết: không cần phải thiết lập liên kết logic và một đơn vị dữ liệu được truyền là độc lập với các đơn vị dữ liệu trước hoặc sau nó. Loại dịch vụ này theo mô hình bưu điện: mỗi bản tin hay mỗi bức thư cần có một địa chỉ cụ thể bên nhận

Trong phương pháp liên kết quá trình truyền thông gồm có 3 giai đoạn:

• Thiết lập liên kết (logic): hai thực thể đồng mức ở hai hệ thống sẽ thương lượng với nhau về tập các tham số sẽ sử dụng trong giai đoạn truyền sau (thể hiện bằng hàm connect)
• Truyền dữ liệu: dữ liệu được truyền với các cơ chế kiểm soát và quản lý kèm theo (kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng dữ liệu, cắt/hợp dữ liệu,...) để tăng độ tin cậy và hiệu quả của việc truyền dữ liệu (hàm DATA).
• Huỷ bỏ liên kết (logic): giải phóng các tài nguyên hệ thống đã được cấp phát cho liên kết để dùng cho các liên kết khác (hàm DISCONNECT)

Trong mỗi loại dịch vụ được đặc trưng bằng chất lượng dịch vụ. Có dịch vụ đòi hỏi bên nhận tin gửi thông báo xác nhận khi đó độ tin cậy được bảo đảm

Có những ứng dụng không chấp nhận sự chậm trễ do phải xác nhận sự truyền tin (VD hệ thống truyền tin). Nhưng có nhiều ứng dụng như thư tín điện tử người gửi chỉ cần có một dịch vụ với độ tin cậy cao, chấp nhận sự chậm trễ

Các hàm nguyên thuỷ của dịch vụ

Một dịch vụ gồm 1 số thao tác sơ cấp hay các hàm nguyên thuỷ. Một thực thể cung cấp dịch vụ cho một thực thể ở tầng trên nó thông qua việc gọi các hàm nguyên thuỷ. Các hàm nguyên thuỷ chỉ rõ chức năng cần phải thực hiện và dùng để chuyển dữ liệu vào thông tin điều khiển. Có 4 hàm nguyên thuỷ được dùng để xác định tương tác giữa các tầng kề nhau

• Request (yêu cầu): người sử dụng dịch vụ dùng để gọi chức năng hoặc yêu cầu thực thể khác thực hiện một công việc nào đó.
• Indication (chỉ báo): người cung cấp dịch vụ dung để gọi một chức năng nào đó, chỉ báo một chức năng đã được gọi ở một điểm truy nhập dịch vụ
• Response (trả lời): người sử dụng dịch vụ dùng để hoàn tất một chức năng đã được gọi từ trước bởi một hàm nguyên thuỷ Indication ở điểm truy nhập dịch vụ đó
• Confirm (xác nhận): người cung cấp dịch vụ dùng để hoàn tất một chức năng đã được gọi từ trước bởi một hàm nguyên thuỷ Response tại điểm truy nhập dịch vụ

Quy trình thực hiện một giao tác giữa hai hệ thống A và B :

• Tầng N+1 của A gửi xuống tầng N kề dưới nó một hàm Request
• Tầng N của A cấu tạo một đơn vị dữ liệu để gửi yêu cầu đó sang tầng N của B theo giao thức tầng N đã xác định
• Nhận được yêu cầu, tầng N của B chỉ báo lên tầng N+1 kề trên nó bằng hàm Indication
• Tầng N của B trả lời bằng hàm Response gửi xuống tầng N kề dưới nó
• Tầng N của B cấu tạo một đơn vị dữ liệu để gửi trả lời đó về tầng N của A theo giao thức tầng N đã xác định
• Nhận được trả lời, tầng N của A xác nhận với tầng N+1 kề trên nó bằng hàm Confirm, kết thúc một giao tác giữa hai hệ thống.

Các thao tác sơ cấp nói chung là có tham số (VD Connect.Request). Các tham số gồm:

• Địa chỉ máy gọi
• Địa chỉ máy nhận
• Loại dịch vụ
• Kích thước cực đại của bản tin

Nếu thực thể bị gọi không chấp nhận kích thước cực đại mà bản tin đưa ra nó có thể yêu cầu kích thước mới trong thao tác của hàm Response. Các chi tiết của quá trình thoả thuận là một phần của nghi thức. Các dịch vụ có thể xác nhận hoặc không xác nhân.

• Các dịch vụ xác nhận có thể có các hàm nguyên thuỷ: Request, Indication, Response, Confirm
• Dịch vụ không xác nhận có hai hàm nguyên thuỷ: Resquest, Indication

Trong thực tế loại dịch vụ connect luôn luôn là có xác nhận, còn các loại dịch vụ DATA là không xác nhận hoặc có xác nhận

Ví dụ:

1. CONNECT.Request Bạn quay số điện thoại của cô Lan
2. CONNECT.Indication Chuông reo
3. CONNECT.Response Cô Lan nhấc máy
4. CONNECT.Confirm Chuông ngừng reo
5. DATA.Request Bạn nói chuyện với cô Lan
6. DATA.Indication Cô Lan nghe thấy bạn nói
7. DISCONNECT.Request Cô trả lời bạn
8. DISCONNECT.Indication Bạn nghe thấy câu trả lời
9. DISCONNECT.Request Bạn cúp máy
10. DISCONNECT.Indication Cô Lan nghe thấy bạn cúp máy.