Kiến Trúc Phân Tầng Và Mô Hình OSI

I.5. Kiến trúc phân tầng và mô hình OSI
I.5.1. Kiến trúc phân tầng.
Để gảim độ phức tạp của việc thiết kế và cài đặt mạng, hầu hết các máy
tính hiện có đều được phân tích thiết kế theo quan điểm phân tầng (layering).
Mỗi hệ thống thành phần của mạng được xem như cấu trúc đa tầng, trong đó
mỗi tầng được xây dựng trên cơ sở tầng trước nó. Số lượng các tầng cũng như
tên và chức năng của các tầng phụ thuộc vào nhà thiết kế. Trong đó mục đích
của mỗi tầng là để cung cấp một số dịch vụ nhất định cho tầng cao hơn.
Hệ thống A
Tầng N
.

Hệ thống B
Giao thức tầng N

.
Tầng i + 1
Tầng i
Tâng i - 1
.

.
Giao thức tầng i+1
Giao thức tầng i
Giao thức tầng i-1

.
Tầng 1

Tầng N
.

Tầng i + 1
Tầng i
Tâng i - 1
.
.

Giao thức tầng 1

Tầng 1

Đường truyền vật lý
Hình 1.11: Minh hoạ kiến trúc phân tầng tổng quát.
Nguyên tắc của kiến trúc mạng phân tầng là: Mỗi hệ thống trong một
mạng đều có cấu trúc tầng (số lượng tầng, chức năng tầng) là như nhau. Sau
khi đã xác định số lượng tầng và chức năng mỗi tầng việc quan trọng tiếp
theo cần làm là định nghĩa mối quan hệ giữa hai tầng kế nhau (giao diện) và
mối quan hệ giữa hai tầng đồng mức ở hai hệ thống kết nối với nhau (giao
thức). Trong thực tế dữ liệu không được truyền trực tiếp từ tầng thứ i của hệ
thống này sang tầng thứ i của hệ thống khác (trừ đối với tầng thấp nhất trực


tiếp sử dụng đường truyền) mà dữ liệu bên trong hệ thống gửi (sender) được
truyền sang hệ thống nhận (receiver) bằng đường truyền vật lý và cứ thế
ngược lên các tầng trên. Giữa hai hệ thống kết nối với nhau thì chỉ có tầng
thấp nhất mới có liên kết vật lý còn ở các tầng cao hơn chỉ là những liên kết
logic (hay liên kết ảo) được đưa vào để hình thức hoá các hoạt động của mạng
thuận tiện cho việc thiết kế và cài đặtk các phần mềm truyền thông.
I.5.2. Mô hình OSI.
Khi thiết kế, các nhà thiết kế phải tự do lựa chọn kiến trúc mạng riêng
của mình. Từ đó dẫn đến tình trạng không tương thích giữa các mạng: phương

pháp truy nhập đường truyền khác nhau, sử dụng họ giao thức khác nhau
v.v… Sự không tương thích của nó làm trở ngại cho sự tương tác của người
sử dụng các mạng khác nhau.
Cần thiết phải có 1 sự hội tụ chung cho các sản phẩm mạng trên thị
trường. Để có được trước hết cần phải xây dựng một khung chuẩn về cấu trúc
mạng để làm căn cứ cho các nhà thiết kế và chế tạo sản phẩm mạng.
Tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế (International Organization for
Standarzation - ISO) đã lập ra một tiểu ban phát triển một khung chuẩn như
thế. Và năm 1984, ISO đã xây dựng xong mô hình tham chiếu cho việc nối
kết các hệ thống mở (Reference Model of Open Systems interconnection hay
gọn hơn: OSI Reference Model). Mô hình này được dùng làm cơ sở để nối kết
các hệ thống mở phục vụ cho các ứng dụng phân tán. Từ "mở" ở đây nó lên
khả năng hai hệ thống có thể nối kết để trao đổi thông tin với nhau nếu chúng
tuân thủ mô hình tham chiếu và các chuẩn liên quan.
Để xây dựng mô hình OSI, ISO cũng phải dựa trên kiến trúc phân tầng
trước đó, dựa trên các nguyên tắc chủ yếu sau đây:
 Để đơn giản cần hạn chế số lượng các tầng.
 Tạo ranh giới các tầng sao cho các tương tác và mô tả các dịch vụ là tối
thiểu.


 Chia các tầng sao cho các chức năng khác nhau tách biệt với nhau, và
các tầng sử dụng các loại công nghệ khác nhau cũng được tách biệt.
 Các chức năng giống nhau được đặt vào cùng một tầng.
 Chọn ranh giới các tầng theo kinh nghiệm đã được chứng tỏ là thành công.
 Các chức năng được định vị sao cho có thể thiết kế lại tầng mà ảnh
hưởng ít đến tầng kề đó.
 Tạo ranh giới các tầng sao cho có thể chuẩn hoá giao diện tương ứng.
 Tạo một tầng khi dữ liệu được xử lý một cách đặc biệt.
 Cho phép các thay đổi chức năng hoặc giao thức trong một tầng không

làm ảnh hưởng tới các tầng khác.
 Mỗi tầng chỉ có các ranh giới với các tầng kề trên và dưới nó. Các
nguyên tắc được tương tự áp dụng khi chia các tầng con (sublayer).
 Có thể chia một tầng thành các tầng con khi cần thiết.
 Tạo các tầng con để cho phép giao diện với các tầng kế cận.
 Cho phép huỷ bỏ các tầng con nếu thấy không cần thiết.
Kết quả là mô hình OSI có 7 tầng sau:
Hệ thống mở A
7Application6Pr

Hệ thống mở B
Giao thức tầng 7

Ứng dụng7Trình

esentation5Sessi

Giao thức tầng 6

diễn6Phiên5Giao

on4Transport3N

Giao thức tầng 5

vận4Mạng3Liên kết

etwork2Data
link1Physical

Giao thức tầng 4
Giao thức tầng 3
Giao thức tầng 2
Giao thức tầng 1
Đường truyền vật lý
Hình 1.12: Mô hình OSI 7 tầng.

dữ liệu 2Vật lý1


Bảng chức năng các tầng trong mô hình OSI.
Tầng
1. Physical

Chức năng
Liên quan đến nhiệm vụ truyền dòng bit không có cấu trúc
qua đường truyền vật lý, truy nhập đường truyền vật lý nhờ

2. Data link

các phương tiện cơ, điện, hàm, thủ tục.
Cung cấp phương tiện để truyền thông tin qua liên kết vật lý
đảm bảo tin cậy. Gửi các khối dữ liệu (Frame) với các cơ
chế đồng bộ hoá, kiểm soát lỗi và kiểm soát luồng dữ liệu và

3. Network

cắt/ hợp dữ liệu nếu cần.
Thực hiện việc chọn đường và chuyển tiếp thông tin với
công nghệ chuyển mạch thích hợp, thực hiện việc kiểm soát

4. Transpork

luồng dữ liệu và cắt/hợp dữ liệu nếu cần.
Thực hiện việc truyền dữ liệu giữa hai đầu mút (end - to end), thực hiện cả việc kiểm soát lỗi và kiểm soát luồng dữ
liệu giữa hai đầu mút. Cũng có thể thực hiện việc ghép kênh

5. Session

(multiplesing) cắt/ hợp dữ liệu nếu cần
cung cấp phương tiện quản lý truyền thông giữa các ứng
dụng, thiết lập, duy trì, đồng bộ hoá và huỷ bỏ các phiên

6. Presentation

truyền thông giữa các ứng dụng.
Chuyển đổi cú p háp dữ liệu để đáp ứng yêu cầu truyền dữ

7. Application

liệu của các ứng dụng qua môi trường OSI.
Cung cấp phương tiện để sử dụng có thể truy nhập được vào
môi trường OSI, đồng thời cung cấp các dịch vụ thông tin
phân tán.

Quan hiệm về tầng giao tiếp cận OSI:
Theo tiếp cận OSI trong mỗi tầng của một hệ thống có một hoặc nhiều
thực thể (entity) hoạt động. Một (N) entity (thực thể của tầng N) cài đặt các
chức năng của tầng N và giao thức truyền thông với các (N) entity trong các
hệ thống khác.

(N) SAP
Interface

(N+1) layer
Protocol

(N) layer
(N-1) connection
(N-1) layer

(N-1) SAP

Hình 1.13: Quan hiệm về tầng theo tiếp cận OSI
Một tiến trình (proces) trong hệ đa xö lý là ví dụ của một thực thể. Hay
đơn giản hơn, một thực thể có thể là một trình con (bubroutine). Mỗi thực thể
truyền thông với các thực thể ở các tầng trên và dưới nó qua một giao diện
(interface). Giao diện này là một hoặc nhiều điể truy nhập dịch vụ (service
access point viết tắt là SAP). (N-1) entity cung cấp dịch vụ cho một (N) entity
thông qua việc gọi các hàm nguyên thuỷ (primitive). Hàm nguyên thuỷ chỉ rõ
chức năng cần thực hiện và được dùng để chuyển dữ liệu và thông tin điều
khiển. Lời gọi trình con chính là một ví dụ về dnạg cài đặt cụ thể của một
nguyên thuỷ.
Bốn kiểm hàm nguyên thuỷ được sử dụng để định nghĩa tương tác giữa
các tầng kế nhau đó là:
• Request (yêu cầu): là hàm nguyên thuỷ mà Service User (người sử
dụng dịch vụ) dùng để gọi một chức năng.
• Idication (chỉ báo): là một hàm nguyên thuỷ mà Service Provider
(người cung cấp dịch vụ) dùng để

- Gọi một chức năng hoặc
- Chỉ báo một chức năng đã được gọi ở một điểm truy nhập dịch vụ
(SAP).


• Reponse (trả lời): là hàm nguyên thuỷ mà Service User dùng để
hoàn tất một chức năng đã được gọi từ trước bởi một hàm nguyên
thuỷ Indicatioin ở SAP đó.
• Confirm (xác nhận): là hàm nguyên thuỷ mà Service Provider dùng
để hoàn tất một chức năng đã được gọi từ trước bởi một hàm
nguyên thuỷ Request tại SAP đó.
Nguyên lý hoạt động của các hàm nguyên thủy:
System A

System B

(N+1) layer

(N+1) layer

Request

Confirm

Response

SAP

SERVICE
USER

Indication

Interface

SAP
(N) layer

(N) layer
(N) Protocl

SERVICE
PROVIDẺ

Hình 1.14. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hàm nguyên thuỷ
Trong sơ đồ này quy trình thực hiện một giao thức giữa hai hệ thống A
và B được thực hiện như sau (theo trình tự thời gian):
- Tầng (N-1) của A gửi xuống tầng (N) kề dưới nó là 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-1) 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 trở về tầng
(N) của A theo giao thức tầng N đã xác định.
- Nhận được trả lời, tầng (N) của A xác nhận tầng (N-1) kể trên đó bằng
hàm Confirm, kết thúc một giao tác giữa hai hệ thống.

Đơn vị dữ liệu sử dụng trong giao thức tầng (N) được ký hiệu là (N) PDU.
Ở mỗi tầng trong mô hình OSI có hai phương thức hoạt động chính là:
phương thức có liên kết (connection-oriented) và phương thức không liên kết
(connectionless).
• Phương thức có liên kết: trước khi truyền dữ liệu cần thiết lập một
liên kết logic giữa các thực thể đồng mức, quá trình truyền thoôg
gồm 3 giai đoạn: thiết lâlj liên kết (logic) truyền dữ liệu, huỷ bỏ liên
kết (logic) bằng cách sử dụng bốn hàm nguyên thuỷ cho mỗi giai
đoạn, ta sẽ có 12 thủ tục chính để xây dựng các dịch vụ và giao thức
chuẩn theo kiểu OSI.
• Phương thức không liên kết: không cần liên kết logic, mỗi đơn vị dữ
liệu được truyền độc lạp với các đơn vị dữ liệu trước hoặc sau nó,
nên chỉ có một giai đoạn là truyền dữ liệu mà thôi.
So sánh hai phương thức hoạt động trên thì phương thức có liên kết
truyền dữ liệu tin cậy hơn, nhưng phương thức không liên kết có thể truyền
dữ liệu theo nhiều đường khác nhau tới đích thích nghi hơn với sự thay dổi
trạng thái của mạng.
I.5.2.1. TẦNG VẬT LÝ (Physical)
a. Chức năng
Theo định nghĩa OSI, tầng vật lý cung cấp các phương tiện điện, cơ,
chức năng, thủ tục để kích hoạt, duy trì và đình chỉ liên kết giữa các vật lý và
hệ thống.
Ở đây, thuộc tính điện liên quan đến việc biểu diễn các bit và tốc độ
truyền bit, thuộc tính liên quan đến tính chất vật lý của giao diện với một
đường truyền (kích thước cấu hình). Thuộc tính chức năng chỉ ra các chức


năng được thực hiện bởi các phần tử của giao diện vật lý, giữa một hệ thống
và đường truyền, và thuộc tính thủ tục liên quan đến giao thức điều khiển việc
truyền các xâu bit qua đường vật lý.

Khác với các tầng khác, tầng vật lý là tầng thấp nhất, giao diện với các
đường truyền không có PDU cho tầng vật lý, không có phần header chứa
thông tin điều khiển (PCI), dữ liệu được truyền đi theo dòng bit (bit stream).
Bởi vậy giao thức cho tầng vật lý không xuất hiện với ý nghĩa như các tầng
khác.
b. Các chuẩn cho giao diện vật lý.
• Chuẩn V24/RS-232-C:
Là hai chuẩn tương ứng của CCITT và EIA nhằm định nghĩa giao diện
tầng vật lý giữa DTE và DCE. Về phương diện cơ, các chuẩn này đều sử dụng
các đầu nối 25 chân và do vậy về lý thuyết cần dùng cáp 25 sợi để nối DTE và
DCE. Về phương diện điện, các chuẩn này quyết định các tín hiệu số nhị phân
0 và 1 tương ứng với các thế hiẹu nhỏ hơn -3V và lớn hơn +3V. Tốc đọ tín
hiệu qua giao diện không được vượt quá 20Kbps và với khoảng cách 15m,
mặc dầu có thể thiết kế tốt để đạt được tốc độ và khoảng cách lớn hơn.
• Chuẩn RS-449/422-A/423-A
RS-449 định nghĩa các đặc trưng cơ, chức năng và thủ tục, còn RS-442A và RS-423-A định nghĩa các đặc trưng điện của chuẩn mới.
RS-449 tương tự RS-232-C có thể liên tác với các chuẩn cũ.
Về phương diện chức năng, RS-449 giữ lại toàn bô các mạch trao đổi
của RS-232-C và thêm vào 10 mạch mới, trong đó các mạch quan trọng nhất
là: Terminal in service (IS), New Signal (NS), Select Friquency (SF), Local
Loopback (LL), Remote Loopback (RL), Test Mode (TM).
Về phương diện thủ tục, RS-449 là tương tự như RS-232-C. Mỗi mạch
có một chức năng riêng và việc truyền tin dựa trên các cặp “tác động - phản
ứng”. Ví dụ DTE thực hiện request to send thì sau đó nó sẽ đợi DCE trả lời
với Clear to Send.


Về phương diện cơ, RS-449 dùng đầu nối 37 chân (37 pin connector)
cho giao diện cơ bản và dùng đầu nối 9 chân riêng biệt nếu có kênh phụ. Song
cũng giống như RS-232-C, thực tế trong nhiều trường hợp chỉ có một số ít

chân được dùng.
RS-423-A sử dụng phương thức truyền không cân bằng (unbalanced
transmission) đạt tốc độ 3Kbps ở khoảng cách 1000m và 300Kbps ở khoảng
cách 10m. RS-422-A sử dụng phương thức truyền cân bằng (balancer
transmission) và có thể đạt tốc độ cao hơn 100Kbps ở 1200m và tới 10Mbps ở
12m. Rõ ràng là cao hơn đáng kể so với RS-232-C.
• Các khuyến nghị loại - X của CCITT
Có rất nhiều loại khuyến nghị - X của CCITT cho tầng vật lý, đặc biệt
ở các nước Tây Âu, ở đây ta chỉ xét khuyến nghị X21.
Khuyến nghị X21 đặc tả một đầu nối 15 chân
X21 cũng chấp nhận các chế độ truyền không cân bằng và cân bằng như
trong RS-442-C và RS-423-A, bởi vậy cũng có giới hạn tốc độ và khoảng cách.
Bên cạnh khuyến nghị X21, CCITT còn định nghĩa khuyến nghị X21
bis để dùng cho tầng vật lý của các mạng chuyển mạch gói X25 (X25
Switched Network). X21 bis sử dụng các mạch V.24. Các đặc trưng điện của
các mạch trao đổi ở cả hai phía DCE và DTE của giao diện điện có thể tuân
theo hoặc khuyến nghị V.28 sử dụng đầu nối 25 chân (ISO 2110), hoặc
khuyến nghị X.26 sử dụng đầu nối 37 chân (ISO 4902).
I.5.2.2. Tầng liên kết dữ liệu.
Tầng liên kết dữ liệu cung cấp các phương tiện để truyền thông tin qua
liên kết vật lý đảm bảo tin cậy thông qua các cơ chế đồng bộ hoá, kiểm soát
lỗi và kiểm soát luồng dữ liệu.
Các giao tiếp để xây dựng lên tầng liên kết dữ liệu (Data Link Protocol)
được chia thành 2 loại: dị bộ (Asynchronous DLP) và đồng bộ (Synchronous
DLP), trong đó đồng bộ chia làm hai nhóm là: hướng ký tự (Character
Oriented) và hướng bit (Bit Oriented).


Data Link Protocol (DLPs)

Synchronous

Asynchronous
Charater Oriented

Bit-Oriented

Hình 1.15. Phân loại các giao thức liên kết dữ liệu
Các DLP dị bộ sử dụng phương thức truyền dị bộ, trong đó các bit đặt
biệt Start và Stop được dùng để tách các xâu bit biểu diễn các ký tự trong
dòng dữ liệu cần truyền đi. Nó không cần sự đồng bộ giữa người gửi và người
nhận.
Phương thức truyền đồng bộ không dùng các bit đặc biệt Start và Stop
để đóng khung mỗi ký tự mà dùng các ký tự đặc biệt như Syn
(Synchronization), EOT (End Of Transmission) hoặc cờ (Flag) giữa các dữ
liệu của người sử dụng để báo hiệu cho người nhận biết được dữ liệu đang”
đến” hoặc “đã đến”.
Các DLP hướng ký tự được xây dựng dựa trên các ký tự đặc biệt của
các bộ mã như ASCII hay EBCDIC còn DLP hướng bit lại dùng cấu trúc nhị
hân để xây dựng các phần tử của giao thức.
a. Các giao thức hướng ký tự.
Giao thức này được dùng cho các ứng dụng điểm - điểm (point to
point), giao thức này có thể ứng dụng cho các phương pháp khai thác đường
truyền khác nhau: một chiều (simplex), hai chiều luân phiên (half-duplex)
hoặc hai chiều đồng thời (full-duplex).
b. Các giao thức hướng bit.
• Giao thức HDLC (High level Data Link Control)


HDLC là giao thức chuẩn được phát triển bởi ISO (ISO 3309 và ISO

4335) để sử dụng trong các trường hợp điểm - điểm và nhiều điểm
Cấu trúc một đơn vị dữ liệu (frame) sử dụng trong HDLC là:
8

8/16

8/16

Flag

Address

Control

Infomation

16/32

8

FCS

Flag

Frame Header

Kích thước
vùng
(bit)
cho

dạng
chuẩn
mở
rộng

Hình 1.16. Khuôn dạng tổng quát của một frame HDLC
Trong đó:
- Flag: là các vũng mã đóng khung cho frame, đánh dấu bắt đầu và kết
thúc của frame. Mã này được chọn là 01111110.
- Address: là vùng địa chỉ của traạm frame
- Control: là vùng để ghi thông tin cần truyền đi. Vùng này có kích
thước không xác định.
- FCS (Frame Check Sequense): là vùng để ghi mã kiểm soát lỗi
(ckecksum) cho nội dung của frame (phần nằm giữa 1 flag) sử dụng phương
pháp CRC với đa thức sinh là CRC-CCITT = x16 + x12 + x5 + 1.
HDLC sử dụng 3 loại frame chính là:
- Loại U (Unnumbered frame): dùng để thiết lập liên kết dữ liệu cho
các phương thức hoạt động khác nhau và để giải phóng liên kết khi cần thiết,
… Đây là loại frame điều khiển.
- Loại I (Information frames): dùng để chứa thông tin cần truyền đi của
người sử dụng và được đánh số thứ tự để kiểm soát.
Các bit của vùng control

loại Frame
1

2

3

4

5

6

7

8

Loại - U

1

1

M

M

P/F

M

M

M

Loại - I

0

Loại - S

1

N(S)
0

S

S

P/F

N(R)

P/F

N(R)


Hình 1.17: Nội dung vùng “control” của các loại frame HDLC.
• Giao thức LAP (Link Access Procedure) tương ứng với phương
thức trả lời dị bộ (ARM) của HDLC dùng trong bối cảnh không cân
bằng.
• Giao thức LAP-B (Link Access Procedure-Balanced) tương ứng với
phương thức trả lời dị bộ cân bằng (ABM) của HDLC cho bối cảnh
cân bằng. Thường dùng trong mạng truyền dữ liệu X.25 (CCITT
X25.2)

• Giao thức LAP-D (Link Access Procedure, D Channel): được xây
dựng từ LAP-B và được dùng như giao thức liên kết dữ liệu cho các
mạng dịch vụ tích hợp số (ISDN).
• Giao thức SDLC (Synchoronous Data Link Control): là giao thức
cho tầng 2 của IBM, và cũng được dẫn xuất từ HDLC.
•

ADCCP (Advanced Data Communication Control Procedure).

I.5.2.3. Tầng mạng.
Tầng mạng cung cấp phương tiện để truyền các đơn vị dữ liệu qua
mạng, thậm chí qua một mạng của các mạng (Network of Network).
Hai chức năng chính của tầng mạng là chọn đường (Routing) và
chuyển tiếp (Relaying).
Ngoài ra nó còn một số chức năng khác nữa như: thiết lập, duy trì và
giải phóng các liên kết logic, kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng dữ liệu, dồn
kênh/phân kênh, cắt/hợp dữ liệu….
a. Kỹ thuật chọn đường.
Có hai chức năng chính là:
• Quyết định chọn đường theo tiêu chuẩn (tối ưu) nào đó
• Cập nhật thông tin chọn đường


Có rất nhiều kỹ thuật chọn đường khác nhau. Sự phân biệt giữa chúng
phụ thuộc vào các yếu tố liên quan đến hai chức năng trên.
Các yếu tố là:
- Sự phân tán của các chức năng chọn đường trên các nút của mạng.
- Sự thích nghi với trạng thái hiện hành của mạng
- Các tiêu chuẩn (tôí ưu) để chọn đường.
Dựa trên đó ta có kỹ thuật chọn đường tập trung (Centralized Routing)

hoặc phân tán (distributed routing), kỹ thuật chọn đường tĩnh (Static hay fixed
routing) hoặc thích nghi (Adaptatif rounting).
•

Kỹ thuật chọn đường tập trung được đặt trưng bởi sự tồn tại của

một (hoặc vài) trung tâm điều khiển mạng thực hiện việc chọn đường sau đó
gửi các bảng chọn đường (routing table) tới tất cả các bút doọctheo con đường
đã chọn đó.
•

Kỹ thuật chọn đường phân tán không tồn tại các trung tâm điều

khiển: quyết định chọn đường được thực hiện tại mỗi nút mạng. Điều này đòi
hỏi trao đổi thông tin giữa các nút, tuỳ theo mức độ thích nghi của giải thuật
sử dụng.
•

Kỹ thuật chọn đường tĩnh (hay kỹ thuật chọn đường không thích

nghi) có thể là tập trung hay phân tán nhưng nó không đáp ứng với mọi thay
đổi trên mạng. Trong trường hợp này, việc chọn đường được thực hiện mà
không có sự trao đổi thông tin, không đo lường và không cập nhật thông tin.
Tiêu chuẩn tối ưu để chọn đường và bản thân con đường được chọn cho toàn
cục, nên được sử dụng rộng rãi.
•

Kỹ thuật chọn đường thích nghi (hay kỹ thuật chọn đường động) có

khả năng đáp ứng đối với các trạng thái khác nhau của mạng. Mức độ thích

nghi của một kỹ thuật chọn đường được đặc trưng bởi sự trao đổi thông tin
chọn đường trong mạng.
b. Giao thức X.25


Định nghĩa việc liên kết điểm đến điểm giữa DTE (thiết bị kết cuối dữ
liệu) và DCE (thiết bị kết cuối kênh dữ liệu). Các chuẩn của nó được ánh xạ
vào các lớp từ 1 - 3 của mô hình tham chiếu OSI. Thông lượng truyền tối đa
là 64 Kbps.
Hiện nay người ta thường sử dụng công nghệ FPS (Fast Packet
Switching) dựa trên hai kỹ thuật là: Frame Relay và Cell Relay. Frame Relay
có thể truyền với thông lượng tối đa là 2Mbps còn Cell Relay dựa vào phương
thức truyền không đồng bộ (ATM) có thể cho phép thông lượng hàng trăm
Mbps.
I.5.2.4. Tầng giao vận (Transport)
Tầng transport (giao vận) đảm bảo cho thông điệp được chuyển giao
theo thứ tự được gửi đi và không bị mất hay trùng lặp. Tầng transport cho
phép giao thức ở các tầng cao hơn không cần nhận biết hoạt động chuyển dữ
liệu giữa tầng nằm trên và tầng đối tác của nó.
Quy mô và tính phức tạp của giao thức giao vận phụ thuộc vào kiểu
dịch vụ nó nhận được từ tầng Network hoặc tầng Data Link. Đối với một tầng
Network đáng tin cậy hoặc tầng Data Link với tính năng mạch ảo, chẳng hạn
tầng LLC của NETBUI, thì chỉ cần một tầng transport nhỏ nhất. Nếu tầng
Network hoặc tầng Data Link không đáng tin cậy hoặc chỉ hỗ trợ bó dữ liệu
(datagram) (như tầng IP của TCP/IP và tầng IPX của NW Link), tầng
transport phải đảm đương cả việc xắp xếp thứ tự khung dữ liệu, báo nhận
khung, dò tìm và khắc phục lỗi.
Tầng transport bao gồm những chức năng sau:
•

Nhận thông điệp từ tầng trên, nếu cần chia nhỏ chúng thành nhiều khung

•

Cung cấp khả năng chuyển giao thông điệp an toàn từ nguồn đến đích

•

Chỉ thị cho máy tính gửi không được truyền dữ liệu khi không có sẵn

bộ đệm ở đầu nhận


•

Ghép nhiều luồng thông điệp hoặc phiên làm việc từ quy trình đến

quy trnìh vào thành một liên kết logic và truy nguyên thông điệp nào thuộc
phiên làm việc nào.
Tầng transport có thể chấp nhận những thông điệp lớn, nhưng các tầng
áp đặt những giới hạn rất nghiêm ngặt về kích thước và ở cấp độ mạng hoặc
thấp hơn. Do đó, tầng transport phải tách thông điệp thành nhiều đơn vị nhỏ,
gọi là khung dữ liệu (Frame), và gắn đoạn đầu (header) vào mỗi khung
Nếu tầng thấp hơn không duy trì trình tự, đoạn đầu giao vận (transport
header - TH) phải chứa thông tin trình tự, giúp tầng transport tại đàu nhận có
thể hiển thị dữ liệu theo đúng trình tự cho tầng cao hơn kế tiếp.
Khác với các tầng mạng con thấp hơn vốn có giao thức nằm ngay giữa
các máy tính kề cận, tầng transport và tầng trên nó đích thực là những tầng từ
nguồn đến đích. Chúng không quan tâm đến chi tiết của hoạt động giao tiếp
cấp dưới. Phần mềm dành cho các tầng trên máy tính nguồn ở cấp vận tải

hoặc cao hơn thực hiện giao tiếp với cá phần mềm tương tự trên máy đích, sử
dụng đoạn đầu (header) và thông tin điều khiển.
I.5.2.5. Tầng phiên (Session).
Tầng session (phiên) thiết lập một phiên giao tiếp giữa các quy trình
chạy trên máy tính khác nhau, và có thể hỗ trợ việc chuyển dữ liệu theo chế
độ thông điệp.
Tầng session bao gồm các chức năng sau:
•

Cho phép quy trình ưng dụng đăng ký địa chỉ quy trình không trùng

lặp, chẳng hạn như NETBIOS nó cung cấp phương tiện phân giải địa chỉ quy
trình thành địa chỉ NIC thuộc tầng Datalink hoặc tầng Network,nếu cần
•

Thiết lập, giám sát và chấm dứt phiên truyền thông qua mạng ảo giữa

hai quy trình được nhận biết bởi địa chỉ quy trình không trùng lặp. Phiên
truyền thông qua mạch ảo là một liên kết trực tiếp có vẻ như đang tồn tại giữa
bên gửi và bên nhận: trong thực tế, nối kết được thiết lập thông qua mạch
điện.


•

Quy định phạm vi thông điệp, bổ sung thông tin đoạn đầu chỉ rõ nơi

thông điệp bắt đầu và kết thúc. Tầng session ở đầu nhận sau đó có thể ngừng
chỉ ra bất kỳ số lượng thông điệp nào cho chương trình ứng dụng nằm trên,
cho đến khi nhận được toàn bộ thông điệp.

•

Thông báo cho chương trình ứng dụng ở đầu nhận biết khi không

gian bộ đếm không còn đủ cho toàn bộ thông điệp và vì vậy thông điệp này
không hoàn chỉnh (gọi là đồng bộ hoá thông điệp). Tầng session ở đầu nhận
có thể cùng sử dụng một khung dữ liệu điều khiển để thông báo cho tầng
session ở đầu gửi biết có bao nhiêu byte của thông điệp được tiếp nhận thành
công. Sau đó, tầng sessino đặt phần thông điệp còn lại vào bộ đếm này và cho
chương trình ứng dụng biết rằng toàn bộ thông điệp đã được tiếp nhận.
•

Thực hiện nhiều chức năng hỗ trợ khác, cho phép các quy trình giao

tiếp qua mạng, chẳng hạn như chứng thực người và bảo vệ hoạt động truy cập
tài nguyên.
I.5.2.6. Tầng trình diễn (Presentation)
Tầng presentation (trình diễn) hoạt động như một bộ phiên dịch dữ liệu
cho mạng. Tầng presentation chạy trên máy tính truyền dữ liệu từ dạng thức
này do tầng application (ứng dụng) gửi đi sang một dạng thức chung. Tại máy
tính nhận, tầng presentation phiên dịch dạng thức chúng sang dạng thức mà
tầng application nhận biết.
Tầng presentatioin cung cấp các chức năng sau:
•

Phiên dịch mã ký tự, chẳng hạn từ mã ASCII sang mã EBCDIC

•

Biến đổi dữ liệu, chẳng hạn trật tự bit, CR thành CR/LF và số nguyên

(integer) thành điểm di động (Floating Point)
•

Nén dữ liệu, nhằm giảm số lượng bit phải truyền

•

Mã hóa dữ liệu tức là biểu diễn dữ liệu dưới dạng thức không thể đọc

được, cho đến khi dữ liệu được giả mã nhằm mục đích bảo mật.
I.5.2.7. Tầng ứng dụng.


Tầng application (ứng dụng) có chức năng như một cửa sổ dành cho
người dùng và các chương trình ứng dụng truy cập dịch vụ mạng. Tầng
application có các chức năng sau:
• Chia sẻ tài nguyên và tái định hướng thiết bị.
• Truy cập tập tin từ xa (Telnet)
• Hỗ trợ truyền thông liên quy trình
• Hỗ trợ cuộc gọi thủ tục từ xa (RPC)
• Quản lý mạng
• Dịch vụ thư mục
• Giử thông điệp điện tử, bao gồm e-mail
• Mô phỏng các terminal ảo.
***************************

II. Giao thức TCP/IP.
Để hiểu về mạng Internet người ta đưa ra một số tiêu chuẩn để đánh giá
hệ thống và chia chúng thành những phần nhỏ, đơn giản hơn (phân lớp).

Trong mạng Internet người ta dùng một bộ giao thức là TCP/IP. Đây là bộ
giao thức được dùng rộng rãi nhất vì tính “mở” của nó, có nghĩa là bất cứ hệ
thống nào dùng bộ giao thức TCP/IP đều có thể nối được vào mạng Internet.
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) là một họ
các giao thức sử dụng cho kết nối truyền thông các máy tính.
Cơ quan các dự án nghiên cứu cấp cao DARPA (US Defense Advanced
Research Projects Agency) của bộ quốc phòng Mỹ (Department Of Defense
DOD) đã xây dựng TCP/IP như là giao thức để kết nối với các hệ thống máy
tính khác nhau (khác nhau về công nghệ chế tạo, về tài nguyên dữ liệu, phần
mềm hệ thống và ứng dụng) thành mạng thống nhất sao cho ngay cả chiến
tranh hạt nhân, mạng máy tính vẫn duy trì hoạt động liên tục. Bản chất của sự
duy trì hoạt động bình thường của mạng máy tính là nếu như có bất kỳ hay
một số nút mạng (nơi đó có các hệ thống máy tính) hay liên kết mạng (đường


truyền kết nối các nút mạng) bị hư hỏng thì các dòng thông tin truyền trên
mạng phải đảm bảo lưu thông giữa các nút còn lại, nghĩa là quá trình xử lý
thông tin trên toàn mạng không bị gián đoạn. Để giải quyết vấn đề này, dữ
liệu truyền trên mạng này phải được phân chia thành các nhóm, gọi là caá gói
(packet) và mỗi gói ngoài nội dung chính của dữ liệu, được phép theê địa chỉ
nơi gửi và địa chỉ nơi nhận để đảm bảo các gói truyền đúng đến đích hoặc trả
lại nơi gửi và địa chỉ nơi nhận để đảm bảo các gói truyền đúng đến đích hoặc
trả lại nơi gửi nếu có sai sót. Quá trình gửi và nhận các gói dữ liệu trên mạng
cũng giống như quy trình gửi và nhận các gói bưu kiện trong bưu chính. Mỗi
một trạm bưu điện cũng giống như một nút mạng (hệ thống máy tính). Giao
thức TCP/IP là một tập các thủ tục xử lý các gói dữ liệu và truyền thông
(thường gọi là bộ DOD - DOD suite hay bộ Internet - Internet suite). Điều này
có nghĩa là giao thức TCP/IP phải được cài đặt trong từng hệ thống máy tính
ở nút mạng cũng giống như những quy định chung về nhiệm vụ cho từng trạm
chuyển phát bưu chính.

Cụ thể hơn, TCP/IP xác định:
- Bao nhiêu gói dữ liệu được gửi.
- Chuyển gói dữ liệu đến đâu.
- Chuyển gói dữ liệu như thế nào?
- Định tuyến đường truyền gói dữ liệu như thế nào để tránh caá đường
truyền (liên kết giữa các nút mạng) bị hỏng
- Xác định các gói dữ liệu bị lỗi như thế nào, trả lại nơi gửi để truyền
hay loaại bỏ các gói có lỗi
(1) Các giao thức vận chuểyn (Transport Protocol) điều khiển quá trình
vận chuyển dữ liệu giữa các máy tính. Các giao thức này là các dịch vụ ở lớp
vận chuyển (Transport Layer) và gồm:
• Giao thức điều khiển và vận chuyển TCP (Transport Control
Protocol), đây là giao thức kết nối cơ bản (Connection Based


Service), nó đảm bảo các máy tính nhận và gửi dữ liệu được nối kết
với nhau trong suốt thời gian trao đổi dữ liệu với nhau
• Giao thức bó dữ liệu sử dụng UDP (Use Datagram Protocol), giao
thức này đảm bảo rằng dữ liệu được gửi đi mà không càn phải duy
trì sự kết nối trực tiếp các máy tính gửi và nhận dữ liệu với nhau.
Các máy tính kết nối với nhau theo nghĩa là chúng đều kết nối trên
mạng Internet. Vì vậy thường gọi giao thức này là dịch vụ không kết
nối (Connectionless Service).
(2) Các giao thức định tuyến (Routing Protocol) xử lý đánh địa chỉ của dữ liệu
và xác định cách tốt nhất để truyền dữ liệu trên mạng đến đích. Nhóm giao
thức này ở lớp mạng (Layer Network) và bao gồm:
• Giao thức IP (Internet Protocol): xử lý vận chuyển thực tế của dữ
liệu.
• Giao thức tin báo điều khiển Internet ICMP (Internet Control
Message Protocol): xử lý các tin báo trạng thái cho IP, như báo lỗi

và các thay đổi trong các phần cứng của mạng ảnh hưởng đến sự
định tuyến thông tin truyền trên mạng.
• Giao thức định tuyến thông tin RIP (Routing Information Protocol):
đây là một trong những giao thức để xác định phương pháp định
tuyến tốt nhất cho truyền tin.
• Đường dẫn mở ngắn nhất OSPF (Open Sortest Path First): đây cũng
là một giao thức để xác định sự định tuyến.
• Các địa chỉ mạng (Network Address) để xác định máy tính trên
mạng và thực hiện các dịch vụ mạng.
• Giao thức quyết định địa chỉ ARP (Address Ressolution Protocol):
xác định các địa chỉ số duy nhất của máy tính kết nối trên mạng.


• Giao thức quyết định địa chỉ đảo ngược RARP (Reverse Ressolution
Protocol): xác định địa chỉ của máy tính kết nối trên mạng nhưng
đảo ngược so với ARP.
(3) Các dịch vụ cho người sử dụng (User Service): là các ứng dụng trên mạng
mà người sử dụng có thể dùng. Các dịch vụ này nằm ở lớp ứng dụng.
• Giao thức khởi tạo BOOTP (Boot Protocol): phục vụ để khởi tạo
một máy tính của mạng bằng cách đọc thông tin khởi tạo từ máy
tính dịch vụ.
• Giao thức truyền tệp FTP (File Transfer Protocol): để truyền tệp từ
một máy tính này đến một máy tính khác. Dịch vụ sử dụng FTP là
một trong những dịch vụ cơ bản trên Internet.
• Đăng ký sử dụng máy tính chủ từ xa Telnet: với Telnet người sử
dụng có thể từ một máy tính (terminal) của mình ở xa máy tính chủ,
đăng ký (logon) truy nhập vào máy tính chủ qua mạng điện thoại để
sử dụng các tài nguyên của máy tính chủ như là đang ngồi tại máy
tính chủ.
• Các cổng giao thức (Gateway Protocol): trợ giúp cho định tuyến

giữa các mạng kết nối trên Internet và xử lý dữ liệu bên trong các
mạng nội bộ
• Giao thức cổng bên ngoài EGP (Exterio Gateway Protocol): chuyển
thông tin định tuyến cho các mạng bên ngoài
• Giao thức cổng tới cổng (Gateway to Gateway): chuyển thông tin
định tuyến giữa các cổng
• Giao thức cổng bên trong IGP (Interior Gateway Protocol): chuyển
thông tin định tuyến cho mạng bên trong.
(4) Các giao thức khác để tạo lập các dịch vụ trên mạng.


• Hệ thống trên mạng NFS (Network File System): cho phép các thư
mục trên một mạng máy tính được ghép lên máy tính khác và người
sử dụng có thể truy cập từ máy tính cục bộ của mình
• Dịch vụ thông tin mạng NIS (Network Information Service): đảm
bảo các quyền truy cập mạng, duy trì mật khẩu và đăng ký của
người sử dụng.
• Thủ tục gọi từ xa RPC (Remote Procedure Call): cho phép ứng dụng
ở xa để kết nối truyền thông với nhau một cách đơn giản hiệu quả
nhất.
• Giao thức truyền thư đơn giản SMTP (Simple Mail Transfer
Protocol): là một giao thức trực tuyến đảm bảo truyền thư điện tử
giữa các máy tính trên mạng Internet.
• Giao thức quản tị đơn giản SNMP (Simple Network Management
Protocol): là dịch vụ quản trị mạng để gửi các thông báo trạng thái
về mạng và các thiết bị kết nối trên mạng.
TCP/IP được chia làm 4 tầng
• Tầng 1: Application layer: bao gồm các ứng dụng và các tiến tình sử
dụng trên mạng.
• Tầng 2: Transport layer: cung cấp các dịch vụ phân phát dữ liệu end

to end.
• Tầng 3: Internet layer: định nghĩa datagram và điều khiển chọn
đường của dữ liệu
• Tầng 4: Network Access layer: bao gồm các chương trình cho truy
cập các mạng vật lý.
Mô hình kiến trúc của TCP/IP


Telnet

FTP

Trasmision
Control Protocol
(TCP)

IEEE802.3

DNS

User Datagram
Protocol
(UDP)

ARP
Ethernet

SMTP

SNMP

RIP
ICMP

Internet Protocol (IP)
Token Bus
IEEE802.4

Token Ring

FDDI

IEEE802.5

ANSI X3T95

Hình 2.1 So sánh các kiến trúc ISO và TCP/IP
Trong mô hình TCP/IP, dữ liệu được chuyển xuống ngăn xếp khi gửi
tới mạng và lên ngăn xếp khi nó nhận từ mạng. Cấu trúc 4 tầng TCP/IP được
giám sát tại đường đi dữ liệu được điều khiển như nó chuyển xuống ngăn xếp
giao thức từ tầng ứng dụng đến mạng vật lý ở cuối. Mỗi tầng trong ngăn xếp
thêm những thông tin điều khiển để việc phân phát chắc chắn phối hợp.
Thông tin điều khiển này gọi là header vì nó được đặt phía trước của dữ liệu
được truyền. Mỗi tầng nhận tất cả những thông tin nhận được từ tầng ở trên
như dữ liệu và đặt header riêng của nó trước thông tin đó. Việc thêm những
thông tin phân phối ở mỗi tầng gọi là “gói” (encapsulation). Khi dữ liệu được
nhận, điều ngược lại xảy ra. Mỗi tầng gỡ bỏ header của nó trước khi truyền dữ
liệu lên tầng trên. Như thông tin quay lên ngăn xếp, thông tin nhận được từ
tầng dưới được hiểu là cả header và dữ liệu.

Application Layer

Data

Transport Layer

Header

Data

Header Header

Internet Layer
Network Access Layer

Gëi

Header Header Header

Data

Data

NhËn

Hình 2.2. quá trình biến đổi dữ liệu qua các tầng
Mỗi tầng có một cấu trúc dữ liệu riêng của nó. Một tầng nào đó sẽ
không biết cấu trúc dữ liệu được sử dụng bởi những tầng trên và dưới nó.
Trong thưc tế, cấu trúc dữ liệu của một tầng được thiết kế thích hợp với các

cấu trúc được sử dụng bởi những tầng ở chung quanh sao cho việc truyền dữ
liệu hiệu quả hơn. Hơn nữa, mỗi tầng có một cấu trúc dữ liệu rieêg và thuật
ngữ riêng để mô tả cấu trúc này.

II.1. Giao thức IP
IP là giao thức sử dụng ở tầng Internet. Mục đích chính của IP là cung
cấp khả năng kết nối các mạng con thành liên mạng để truyền dữ liệu. Chức
năng của giao thức IP gồm:
• Định nghĩa Datagram là một đơn vị dữ liệu cơ bản truyền thông tin
trên Internet.
• Định nghĩa lược đồ địa chỉ Internet
• Di chuyển dữ liệu giữa tầng truy cập mạng và tầng giao vận.
• Định đường datagram đến những host ở xa
• Thực hiện phân rã và liên kết lại các datagram
Hình vẽ sau minh hoạ kiến trúc kết nối của các mạng con sử dụng TCP
và IP, trong đó tất cả các hệ thống thành viên của liên mạng phải được cài đặt
IP ở tầng mạng.


HOST A

HOST B

Upper
layer

Upper
layer

TCP

Gateway 1

Gateway 2

IP

IP

IP
DLa

DLa

PHYa

TCP
IP

X25.2

X25.2

DLa

PHYa X25.1

X25.1

PHYa

DLb
PHYb

DLa: Giao thøc tÇng Data Link cña Host - A
PHYa: Giao thøc tÇng Physical cña Host - A
DLb: Giao thøc tÇng Data Link cña Host - B
PHYa: Giao thøc tÇng Physical cña Host - B

Hình 2.3. Kết nối các mạng con thành liên mạng với TCP/IP
IP là giao thứckhông liên kết (Connectionless) có nghĩa là IP không
thay thông tin điều khiển để thiết lập liên kết trước khi truyền dữ liệu. Đơn
viịdữ liệu trong IP được gọi là datagram. Cấu trúc của môt IP datagram như
sau:

Hình 2.4. Khuôn dạng của IP datagram
Trong đó:
• Version: (4bit) chỉ ra phiên bản đang sử dụng của IP header, đồng
thời quy định khuôn dạng của IP header.


• IHL (Internet Header Length) (4 bit) chỉ ra độ dài củ IP header theo
bộ số của 4 byte (hay 4 octets - 32 bit)
• Type of service (8 bit) cho modul IP biết kiểu dịch vụ cần được
phục vụ. Module IP sẽ căn cứ vào đó để lựa chọn dịch vụ khi truyền
datagram trên mạng. Trường này cũng có thể mang thông tin về
mức độ an toàn của datagram.
• Total Length (16 bit) chỉ độ dài toàn bộ datagram bao gồm cả IP
header và dữ liệu (data) tính theo bytes.
• Indentification (16 bit) cùng với các tham số khác (như soure

Address và Destination Address) tham số này chỉ dùng để định danh
duy nhất cho 1 datagram trong khoảng thời gian nó vãn còn liên
mạng.
• Flags (3 bit) trường này sử dụng 2 bit để phân đoạn (fragment) các
datagram, bit còn lại chưa sử dụng, cụ thể là:
Bit 0: luôn lấy giá trị bằng 0
 = 0 : Cã thÓ ph©n ®o¹n (May Fragment)
Bit 1 (DF) 
 =1:Kh«ng thÓ ph©n ®o¹n (Don't Fragment)

0

0

1

DF

2

MF

= 0 :§o¹n cuèi cïng (Last Fragment)
Bit 2 (MF) 
=1:Cßn ®o¹n n÷a tiÕp sau (More Fragment)
• Fragment offset (13 bits) xác định vị trí của đoạn (Fragment) trong
datagram, tính theo số 8 bytes, đoạn đầu tiên là 0.
• Time to live (8 bits) quy định thời gian tồn tại (tính bằng giây) của
datagram trong liên mạng để tránh tình trạng 1 datagram bị quẩn
trên liên mạng thời gian này được cho bởi trạm gửi và được gửi đi

khi datagram đi qua mỗi router của liên mạng.
• Protocol (8bit) chi ra giao thức tầng kế trên sẽ nhận vùng dữ liệu ở
trạm đích để xử lý.