Các lớp và giao thức mô hình OSI trong mạng máy tính
Bryce Leo
⚡ Tóm tắt thông minh
Mô hình OSI quy định các lớp và giao thức xác định cấu trúc khái niệm của giao tiếp mạng thành bảy lớp — Vật lý, Liên kết dữ liệu, Mạng, Vận chuyển, Phiên, Trình bày và Ứng dụng. Mỗi lớp có trách nhiệm và giao thức cụ thể và chỉ phục vụ cho các lớp phía trên và phía dưới nó.
Mô hình OSI là gì?
Mô hình OSI (Open Systems Interconnection) Đây là một mô hình tham chiếu khái niệm mô tả cách dữ liệu di chuyển giữa các hệ thống trên mạng. Nó chia quá trình truyền thông thành bảy phần chính.tracMô hình OSI gồm 3 lớp, mỗi lớp có một trách nhiệm được xác định rõ ràng và một tập hợp các giao thức cụ thể. Mô hình này không được triển khai chính xác như trên các mạng thực tế — TCP/IP là chồng giao thức được sử dụng thực tế — nhưng các lớp OSI vẫn là thuật ngữ tiêu chuẩn mà các kỹ sư sử dụng để suy luận về các vấn đề mạng.
Đặc điểm của mô hình OSI
- Một lớp chỉ được tạo ra ở nơi có mức độ tuyệt đối riêng biệt.tracCần có sự can thiệp.
- Chức năng của mỗi lớp được lựa chọn sao cho phù hợp với một giao thức tiêu chuẩn quốc tế.
- Các lớp nên đủ nhiều để phân tách các vấn đề nhưng cũng phải đủ ít để tránh sự phức tạp vượt tầm kiểm soát.
- Mỗi lớp đều phụ thuộc vào lớp ngay bên dưới nó để cung cấp các dịch vụ cơ bản và đồng thời cung cấp các dịch vụ đó cho lớp ngay bên trên.
- Việc thay đổi bên trong một lớp không nên dẫn đến thay đổi ở các lớp phía trên hoặc phía dưới nó.
Tại sao nên sử dụng mô hình OSI?
- Cung cấp một vốn từ vựng chung để hiểu rõ quá trình giao tiếp trên toàn mạng.
- Giúp việc khắc phục sự cố dễ dàng hơn bằng cách tách các chức năng thành các lớp mạng độc lập.
- Giúp các kỹ sư tiếp thu công nghệ mới bằng cách lập bản đồ.ping Chúng được đặt lên những lớp quen thuộc.
- Cho phép bạn so sánh các mối quan hệ chức năng giữa các ngăn xếp giao thức khác nhau.
Lịch sử của mô hình OSI
- Cuối những năm 1970 — Tổ chức ISO đã khởi động một chương trình nhằm định nghĩa các tiêu chuẩn mạng chung.
- 1973 — Một hệ thống chuyển mạch gói thử nghiệm ở Anh đã làm nổi bật sự cần thiết của các giao thức cấp cao hơn.
- 1983 — Mô hình OSI lần đầu tiên được công bố dưới dạng đặc tả giao diện chi tiết.
- 1984 — ISO đã chính thức thông qua kiến trúc OSI như một tiêu chuẩn quốc tế (ISO 7498).
7 Lớp của Mô hình OSI
Mô hình OSI là một kiến trúc tham chiếu phân lớp, trong đó mỗi lớp thực hiện một chức năng cụ thể. Bảy lớp hoạt động cùng nhau để truyền dữ liệu từ người gửi đến người nhận.
- Các lớp trên (Ứng dụng, Trình bày, Phiên): Xử lý ngữ nghĩa ứng dụng và chủ yếu chạy trong môi trường phần mềm.
- Các lớp thấp hơn (Vận chuyển, Mạng, Liên kết dữ liệu, Vật lý): Nó liên quan đến việc truyền tải dữ liệu, đóng gói gói, tạo khung và môi trường vật lý. Liên kết dữ liệu và vật lý cũng bao gồm phần cứng.
Bảy lớp, từ trên xuống dưới, là:
- Ứng dụng
- Về chúng tôi
- Phiên
- Giao thông
- mạng
- Liên kết dữ liệu
- Vật lý
Sơ đồ các lớp mạng.
Lớp vật lý
Lớp vật lý Lớp này định nghĩa các thông số kỹ thuật điện, cơ khí và vật lý của kết nối dữ liệu. Nó truyền tải các bit dữ liệu thô qua môi trường truyền dẫn và không quan tâm đến các giao thức hoặc ngữ nghĩa của lớp cao hơn. PRI (Primary Rate Interface) là một ví dụ về giao tiếp viễn thông hoạt động ở lớp này — tìm hiểu thêm trong phần tiếp theo. Hướng dẫn PRI.
Các ví dụ về phần cứng lớp vật lý bao gồm bộ chuyển đổi mạng, cáp Ethernet, bộ khuếch đại tín hiệu và bộ chia mạng.
Lớp liên kết dữ liệu
Lớp liên kết dữ liệu Nó phát hiện và sửa lỗi có thể xảy ra ở lớp Vật lý và quản lý giao thức thiết lập và chấm dứt liên kết giữa hai thiết bị được kết nối trực tiếp. Nó đóng gói các bit thô thành các khung có cấu trúc và xử lý địa chỉ vật lý (MAC).
Lớp liên kết dữ liệu được chia thành hai lớp con:
- Kiểm soát truy cập phương tiện (MAC): kiểm soát cách các thiết bị truy cập vào môi trường dùng chung và cách chúng hoạt động. transmit dữ liệu.
- Điều khiển liên kết logic (LLC): Xác định và đóng gói các giao thức lớp mạng, đồng thời phát hiện lỗi.
Các chức năng quan trọng của lớp Liên kết dữ liệu
- Phân khung: chia dữ liệu lớp Mạng thành các khung.
- Thêm phần tiêu đề chứa địa chỉ vật lý (MAC) của nguồn và đích.
- Cung cấp khả năng truyền tải khung dữ liệu trực tiếp giữa các thiết bị liền kề.
- Phát hiện lỗi và yêu cầu lại các khung hình bị hỏng hoặc bị mất.
- Cung cấp một cơ chế để di chuyển giữa các mạng lưới độc lập được liên kết với nhau.
Lớp mạng
Lớp mạng Nó cung cấp các phương tiện chức năng và thủ tục để truyền các chuỗi dữ liệu có độ dài thay đổi giữa các máy chủ nằm trên các mạng khác nhau. Nó xử lý việc gán địa chỉ logic (IP), định tuyến và chuyển tiếp gói tin.
Việc truyền tải dữ liệu ở lớp mạng vốn dĩ không đáng tin cậy — sự đảm bảo đó thuộc về lớp vận chuyển. Các giao thức quản lý lớp ở lớp này bao gồm:
- Các giao thức định tuyến (OSPF, BGP, RIP).
- Quản lý nhóm đa hướng (IGMP).
- Phân bổ địa chỉ lớp mạng (DHCP).
Lớp vận chuyển
Lớp vận chuyển Nó được xây dựng trên lớp Mạng để cung cấp khả năng truyền tải dữ liệu đầu cuối giữa các tiến trình trên máy nguồn và máy đích. Nó duy trì các thuộc tính chất lượng dịch vụ như thứ tự, độ tin cậy và kiểm soát luồng.
Lớp vận chuyển chia các thông điệp ở lớp trên thành các phân đoạn, đánh số chúng và lắp ráp lại ở phía người nhận. Nó đảm bảo việc truyền tải không lỗi và theo trình tự khi được sử dụng với các giao thức đáng tin cậy như TCP, hoặc chấp nhận mất mát dữ liệu để đổi lấy tốc độ khi được sử dụng với UDP.
Các chức năng quan trọng của lớp vận chuyển
- Phân đoạn thông điệp nhận được từ lớp Phiên và đánh số từng phân đoạn.
- Chuyển từng phân đoạn đến đúng quy trình trên máy đích bằng cách sử dụng các cổng.
- Đảm bảo toàn bộ thông điệp được gửi đến mà không có lỗi,transmitĐiều chỉnh khi cần thiết.
- Quản lý luồng dữ liệu sao cho người gửi nhanh không làm quá tải người nhận chậm.
Lớp phiên
Lớp phiên Chức năng này điều khiển các cuộc hội thoại (phiên làm việc) giữa hai máy tính. Nó thiết lập, quản lý và chấm dứt các kết nối logic, xử lý xác thực khi cần thiết và hỗ trợ cả hội thoại song công toàn phần và bán song công. Chức năng này thường được triển khai trong các môi trường sử dụng các cuộc gọi thủ tục từ xa.
Các chức năng quan trọng của lớp Phiên
- Thiết lập, duy trì và kết thúc phiên làm việc giữa hai hệ thống.
- Cho phép cả hai hệ thống tham gia vào một cuộc đối thoại có kiểm soát.
- Thêm các điểm kiểm tra vào luồng dữ liệu để phiên làm việc có thể tiếp tục sau khi bị gián đoạn.
Lớp trình bày
Lớp trình bày Định nghĩa định dạng mà dữ liệu được trao đổi giữa hai thực thể giao tiếp và xử lý việc nén và mã hóa. Đôi khi nó được gọi là lớp cú pháp.
Chức năng của lớp Trình bày
- Chuyển đổi bộ ký tự (ví dụ: ASCII sang EBCDIC).
- Nén dữ liệu để giảm số bit truyền tải.
- Mã hóa dữ liệu — ví dụ, sử dụng TLS để bảo vệ tính toàn vẹn và bảo mật của dữ liệu.
- Cung cấp hỗ trợ định dạng cho các dịch vụ như email và truyền tải tập tin.
Lớp ứng dụng
Lớp ứng dụng Đây là lớp gần nhất với người dùng cuối và là lớp duy nhất tương tác trực tiếp với các ứng dụng. Nó không chứa bản thân các ứng dụng — thay vào đó, nó cung cấp các dịch vụ mạng mà các ứng dụng sử dụng.
Chức năng của lớp ứng dụng
- Xác định các đối tác liên lạc, xác định nguồn lực sẵn có và đồng bộ hóa quá trình liên lạc.
- Cho phép người dùng đăng nhập vào máy chủ từ xa.
- Cung cấp dịch vụ email và truy cập danh bạ.
- Cung cấp khả năng truy cập cơ sở dữ liệu phân tán cho thông tin toàn cầu về các đối tượng và dịch vụ.
Tương tác giữa các lớp mô hình OSI
Thông tin được gửi từ ứng dụng máy tính này sang ứng dụng máy tính khác sẽ truyền xuống qua các lớp OSI ở phía người gửi, qua đường dây dẫn, và quay trở lại qua các lớp ở phía người nhận.
- Mỗi lớp giao tiếp với lớp phía trên nó, lớp phía dưới nó và lớp tương ứng trên hệ thống từ xa.
- Trong sơ đồ bên dưới, lớp Liên kết dữ liệu của hệ thống đầu tiên giao tiếp với các lớp Mạng và Vật lý trên cùng một máy chủ và với lớp Liên kết dữ liệu của hệ thống từ xa.
Các giao thức được hỗ trợ ở mỗi lớp OSI
| lớp | Họ tên | Các giao thức chung |
|---|---|---|
| Lớp 7 | Ứng dụng | SMTP, HTTP, HTTPS, FTP, POP3, SNMP, DNS |
| Lớp 6 | Về chúng tôi | MPEG, ASCII, SSL, TLS |
| Lớp 5 | Phiên | NetBIOS, SAP, RPC |
| Lớp 4 | Giao thông | TCP, UDP, SCTP |
| Lớp 3 | mạng | IPv4, IPv6, ICMP, IPsec, ARP, MPLS |
| Lớp 2 | Liên kết dữ liệu | Ethernet, PPP, Frame Relay, ATM, HDLC |
| Lớp 1 | Vật lý | RS-232, 100BaseTX, ISDN, IEEE 802.11 (tín hiệu vật lý) |
Sự khác biệt giữa OSI và TCP/IP
| Mô hình OSI | Mô hình TCP/IP |
|---|---|
| Cung cấp sự phân biệt rõ ràng giữa giao diện, dịch vụ và giao thức. | Không phân định ranh giới rõ ràng giữa các dịch vụ, giao diện và giao thức. |
| Có bảy lớp. | Có bốn lớp (Ứng dụng, Vận chuyển, Internet, Truy cập mạng). |
| Sử dụng lớp mạng chuyên dụng để định tuyến. | Sử dụng một lớp Internet duy nhất kết hợp định tuyến và định địa chỉ. |
| Có các lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu riêng biệt. | Kết hợp lớp Vật lý và lớp Liên kết Dữ liệu thành một lớp Truy cập Mạng duy nhất. |
| Lớp vận chuyển hướng theo kết nối. | TCP / IP Lớp vận chuyển vừa có kết nối định hướng (TCP) vừa không có kết nối định hướng (UDP). |
| Kích thước tối thiểu của phần tiêu đề OSI là khoảng 5 byte. | Kích thước tối thiểu của tiêu đề TCP/IP là 20 byte. |
Ưu điểm của mô hình OSI
- Chuẩn hóa các bộ định tuyến, bộ chuyển mạch và các phần cứng khác dựa trên các ranh giới lớp được xác định rõ ràng.
- Giảm độ phức tạp và chuẩn hóa giao diện.
- Tạo điều kiện thuận lợi cho kỹ thuật mô-đun — các nhà cung cấp có thể đổi mới trong một lớp mà không làm ảnh hưởng đến các lớp khác.
- Đảm bảo công nghệ tương thích giữa các nhà cung cấp.
- Thúc đẩy sự phát triển của các giao thức mạng.
- Cung cấp hỗ trợ cho cả các dịch vụ có kết nối và không có kết nối.
- Vẫn là mô hình tham chiếu tiêu chuẩn trong giáo dục mạng máy tính.
- Cung cấp tính linh hoạt để thích ứng với nhiều loại giao thức khác nhau.
Nhược điểm của mô hình OSI
- Việc tích hợp các giao thức thực tế vào các lớp của mô hình OSI có thể rất tốn công.
- Đây chỉ là mô hình tham khảo — nó không định nghĩa các giao thức cụ thể.
- Một số dịch vụ được sao chép giữa các lớp (ví dụ: kiểm tra lỗi ở lớp Vận chuyển và lớp Liên kết dữ liệu).
- Các lớp không thể chạy song song — mỗi lớp phải chờ kết quả đầu ra của lớp trước đó.
