Mô hình OSI — Giải thích 7 tầng

Mô hình OSI là một mô hình tham chiếu 7 tầng cho truyền thông mạng. Nói đơn giản, nó chia một công việc lớn — chuyển dữ liệu từ thiết bị này sang thiết bị khác — thành các công việc nhỏ hơn để bạn hiểu mỗi phần của hệ thống đang làm gì.

Cách nhanh nhất để hình dung là thế này: các tầng trên gần với phần mềm hơn, còn các tầng dưới gần với việc truyền dữ liệu thực tế hơn. Điều đó làm cho mô hình này hữu ích cả trong học tập lẫn khắc phục sự cố. Một dây cáp hỏng, một vấn đề định tuyến và một lỗi ở mức trình duyệt không thuộc cùng một tầng.

Tổng quan các tầng của mô hình OSI

Từ trên xuống dưới, các tầng OSI là:

7. Ứng dụng
8. Trình bày
9. Phiên
10. Vận chuyển
11. Mạng
12. Liên kết dữ liệu
13. Vật lý

Bạn cũng có thể đọc chúng từ dưới lên trên khi nghĩ về cách các tín hiệu thô trở thành dữ liệu có thể sử dụng được.

Chức năng của từng tầng OSI

Tầng 7: Ứng dụng

Đây là tầng gần người dùng nhất. Nó bao gồm các dịch vụ mạng mà phần mềm sử dụng, như duyệt web, email hoặc truyền tệp.

Ý chính ở đây là mục đích. Tầng này nói về việc phần mềm đang cố làm gì, chứ không phải các bit di chuyển như thế nào.

Tầng 6: Trình bày

Tầng này liên quan đến cách dữ liệu được biểu diễn. Các ví dụ điển hình gồm chuyển đổi định dạng, mã hóa và nén.

Trong các hệ thống thực tế, những công việc này thường được xử lý bên trong ứng dụng hoặc thư viện thay vì trong một mô-đun tách biệt rõ ràng.

Tầng 5: Phiên

Tầng phiên liên quan đến việc bắt đầu, quản lý và kết thúc các phiên giao tiếp giữa các hệ thống.

Nhiều hệ thống hiện đại không thể hiện tầng này như một khối riêng biệt, nhưng ý tưởng này vẫn hữu ích khi bạn nghĩ về cách hai bên duy trì một quá trình trao đổi.

Tầng 4: Vận chuyển

Tầng này xử lý việc truyền dữ liệu đầu-cuối giữa các host. Đây là nơi thường nói đến các khái niệm như phân đoạn, độ tin cậy, thứ tự, điều khiển luồng và số cổng.

TCP là ví dụ kinh điển của tầng vận chuyển. UDP cũng thuộc tầng này khi chi phí phụ trội thấp quan trọng hơn việc đảm bảo truyền thành công.

Tầng 3: Mạng

Tầng mạng chịu trách nhiệm chuyển dữ liệu giữa các mạng khác nhau. Định tuyến và địa chỉ logic thuộc về tầng này.

Nếu một gói tin phải đi qua nhiều router để đến một mạng khác, đây thường là tầng bạn kiểm tra đầu tiên.

Tầng 2: Liên kết dữ liệu

Tầng này xử lý việc truyền dữ liệu qua một liên kết cục bộ duy nhất. Nó liên quan đến việc đóng khung và địa chỉ hóa ở mức liên kết trên phân đoạn mạng cục bộ đó.

Một cách đối chiếu hữu ích là thế này: Tầng 3 đưa dữ liệu qua các mạng, còn Tầng 2 đưa dữ liệu qua một liên kết cục bộ.

Tầng 1: Vật lý

Tầng vật lý là nơi các bit thô thực sự được truyền dưới dạng tín hiệu điện, quang hoặc vô tuyến.

Cáp, đầu nối, điện áp, thời gian, sợi quang và tín hiệu không dây đều nằm ở đây.

Một ví dụ rõ ràng về mô hình OSI

Giả sử bạn nhập địa chỉ một trang web vào trình duyệt và nhấn Enter. Đây là điều mà mô hình OSI giúp bạn nhận ra.

Ở Tầng 7, trình duyệt yêu cầu một trang web. Ở Tầng 6 và 5, dữ liệu có thể được mã hóa định dạng, mã hóa bảo mật hoặc được quản lý như một phần của quá trình trao đổi đang diễn ra, tùy vào cách hệ thống được xây dựng.

Ở Tầng 4, dữ liệu được xử lý để truyền đầu-cuối. Ở Tầng 3, hệ thống quyết định cách định tuyến nó qua các mạng. Ở Tầng 2, mỗi thiết bị gửi các frame qua liên kết cục bộ của nó. Ở Tầng 1, các frame đó trở thành tín hiệu điện, quang hoặc vô tuyến.

Ở phía nhận, quá trình diễn ra ngược lại. Các tín hiệu đi vào từ dưới cùng và đi ngược lên cho đến khi trình duyệt có thể hiển thị trang.

Điều này không có nghĩa là mọi ngăn xếp mạng thực tế đều có bảy khối phần mềm được tách biệt gọn gàng. Nó có nghĩa là mô hình này cung cấp cho bạn một bản đồ tư duy rõ ràng về công việc đó.

Vì sao mô hình OSI vẫn hữu ích

Mô hình OSI vẫn được giảng dạy vì nó giải thích hành vi mạng một cách rõ ràng. Nó giúp sinh viên và kỹ sư tách biệt các loại vấn đề khác nhau mà nếu không sẽ dễ bị lẫn vào nhau.

Nó cũng rất thực tế trong khắc phục sự cố. Nếu một host không có đèn link, bạn bắt đầu gần tầng vật lý. Nếu các thiết bị trên cùng một switch không thể giao tiếp, bạn kiểm tra các vấn đề ở tầng liên kết dữ liệu. Nếu kết nối IP hoạt động nhưng dịch vụ vẫn lỗi, bạn đi lên các tầng cao hơn.

Những lỗi thường gặp với mô hình OSI 7 tầng

Nhầm lẫn mô hình OSI với mô hình TCP/IP

Chúng có liên quan, nhưng không phải là một. Mô hình OSI có bảy tầng và chủ yếu là một mô hình tham chiếu. TCP/IP là một bộ giao thức thực tế và thường được mô tả với ít tầng hơn.

Xem cả bảy tầng như các mô-đun phần mềm riêng biệt trong mọi hệ thống

Đó không phải là cách mà hầu hết các hệ thống thực tế được xây dựng. Một số tầng được gộp lại, bị ẩn đi hoặc được triển khai trải trên thư viện, hệ điều hành, firmware và phần cứng.

Nhầm lẫn trách nhiệm của tầng mạng và tầng liên kết dữ liệu

Đây là một trong những lỗi phổ biến nhất của người mới học. Tầng mạng nói về việc chuyển dữ liệu giữa các mạng. Tầng liên kết dữ liệu nói về việc chuyển dữ liệu qua một liên kết cục bộ.

Học thuộc tên mà không hỏi mỗi tầng giải quyết vấn đề gì

Nếu bạn chỉ học thuộc danh sách, mô hình sẽ có vẻ tùy ý. Nó trở nên dễ hiểu hơn nhiều khi bạn gắn mỗi tầng với một nhiệm vụ cụ thể.

Khi nào mô hình OSI được sử dụng

Mô hình OSI chủ yếu được dùng trong giảng dạy, tài liệu, thảo luận kiến trúc và khắc phục sự cố. Nó đặc biệt hữu ích khi các nhóm khác nhau cần một ngôn ngữ chung để xác định lỗi hoặc trách nhiệm nằm ở đâu.

Nó kém hữu ích hơn nếu bạn xem nó như một bản đồ cứng nhắc cho mọi chi tiết triển khai trong một ngăn xếp hiện đại. Trong trường hợp đó, mô hình TCP/IP hoặc sơ đồ kiến trúc riêng của sản phẩm có thể là công cụ phù hợp hơn.

Một cách đơn giản để nhớ mô hình OSI

Hãy nghĩ phần trên của mô hình là ý nghĩa, còn phần dưới là truyền dẫn.

Ở phía trên, phần mềm quan tâm đến nội dung, phiên và hành vi truyền dữ liệu. Ở phía dưới, phần cứng quan tâm đến frame, thời gian và tín hiệu vật lý. Các tầng ở giữa kết nối hai thế giới đó.

Hãy thử một ví dụ mạng tương tự

Hãy lấy một tác vụ hằng ngày, như gửi một tin nhắn chat hoặc phát trực tuyến một video, rồi lần theo nó qua bảy tầng bằng ngôn ngữ đơn giản. Đó thường là cách nhanh nhất để ghi nhớ mô hình này.