Phần cứng trong mô hình tham chiếu OSI: Lớp 3

Phần cứng trong mô hình tham chiếu OSI: Lớp 3

Trong phần hai của loạt bài này chúng ta đã thảo luận về mô hình tham
chiếu Open System Interconnect (OSI) và hai lớp đầu tiên của nó. Phần
ba này chúng tôi sẽ giới thiệu cho các bạn về lớp thứ ba; lớp mạng. Lớp
mạng là lớp có liên quan đến việc truyền tải dữ liệu từ máy tính này sang
máy tính khác. Đây chính là sự khác biệt với lớp 2 (lớp liên kết dữ liệu) vì
lớp 2 chỉ liên quan đến việc truyền tải dữ liệu từ một thiết bị này sang một
thiết bị được kết nối trực tiếp khác. Ví dụ, lớp liên kết dữ liệu chịu tránh
nhiệm cho việc truyền tải dữ liệu từ một máy tính đến một hub mà nó kết nối
tới, trong khi đó lớp mạng lại liên quan đến việc truyền tải tất cả dữ liệu đó
đến máy tính khác.

Lớp mạng chuyển dữ liệu từ một đầu cuối này đến một đầu cuối khác bằng
cách thực hiện các nhiệm vụ dưới đây:

Địa chỉ hóa

Định tuyến

Đóng gói

Chia đoạn

Quản lý lỗi

Điều khiển tắc nghẽn
Địa chỉ hóa

Nếu bạn là những người đã đọc các phần trước của loạt bài này thì có thể sẽ
tò mò muốn tìm hiểu tại sao lớp 3 lại thi hành địa chỉ hóa khi chúng tôi đã

nói rằng nó diễn ra trong lớp 2. Để giải đáp cho sự tò mò này, bạn hãy nhớ
chúng tôi đã viết rằng, địa chỉ hóa của lớp 2 (địa chỉ MAC) tương ứng với
điểm truy cập mạng cụ thể, trái với việc địa chỉ hóa cho toàn bộ thiết bị như
một máy tính. Một số thứ cần xem xét ở đây là lớp 3 chỉ địa chỉ hóa logic
độc lập hoàn toàn với phần cứng; còn địa chỉ MAC được kết hợp với phần
cứng cụ thể và các nhà máy sản xuất phần cứng.

Một ví dụ về việc định địa chỉ của lớp 3 là địa chỉ IP. Dưới đây là minh
chứng về địa chỉ IP trong hình 1.

Hình 1: Minh chứng về địa chỉ IP
Định tuyến

Đây là công việc của lớp mạng nhằm chuyển dữ liệu từ một điểm này tới
được đích của nó. Để thực hiện công việc này, lớp mạng phải lập kế hoạch
cho một tuyến để dữ liệu truyền tải trên đó. Sự kết hợp của phần cứng và
phần mềm để thực hiện nhiệm vụ này được biết đến với tên gọi bộ đinh
tuyến. Khi bộ định tuyến nhận một gói dữ liệu từ một nguồn, nó cần xác
định địa chỉ đích và thực hiện công việc này bằng cách remove các header
đã được thêm vào trước đó bởi lớp liên kết dữ liệu và đọc địa chỉ từ một vị
trí đã được xác định trước bên trong các gói như đã được định nghĩa theo
chuẩn (cho ví dụ chuẩn IP).

Khi địa chỉ đích đã được xác định, router sẽ kiểm tra xem địa chỉ có nằm
trong mạng mà nó quản lý hay không. Nếu địa chỉ này nằm bên trong mạng
của chính nó quản lý thì router sẽ gửi gói này xuống lớp liên kết dữ liệu, lớp
này sẽ thêm phần header như chúng tôi đã giới thiệu trong phần trước và sẽ
gửi gói này đến đích của nó. Nếu địa chỉ không nằm bên trong mạng của nó
thì router sẽ tra cứu địa chỉ trong bảng định tuyến. Nếu địa chỉ có bên trong
bảng định tuyến này thì router sẽ đọc mạng đích tương ứng từ bảng và gửi

gói dữ liệu này xuống lớp liên kết dữ liệu và đến mạng đích đó. Nếu địa chỉ
này không có trong bảng định tuyến thì gói dữ liệu sẽ được gửi cho phần
quản lý lỗi. Đây là lỗi có thể thấy trong truyền dẫn trên các mạng, và là một
ví dụ tuyệt vời về tại sao việc kiểm tra lỗi và quản lý lỗi cần thiết đến vậy.

Đóng gói

Khi router gửi một gói dữ liệu xuống lớp liên kết dữ liệu, lớp sẽ thêm các
header trước khi truyền tải gói dữ liệu đến điểm tiếp theo, đây là một ví dụ
về việc đóng gói cho lớp liên kết dữ liệu.

Giống như lớp liên kết dữ liệu, lớp mạng cũng có trách nhiệm đóng gói dữ
liệu mà nó nhận được từ lớp trên nó. Trong trường hợp này, nó sẽ nhận dữ
liệu từ lớp 4, lớp truyền tải. Thực sự mỗi lớp đều có trách nhiệm đóng gói dữ
liệu mà nó nhận được từ lớp bên trên. Thậm chí cả lớp cuối cùng, lớp ứng
dụng, vì lớp ứng dụng cũng đóng gói dữ liệu mà nó nhận được từ người
dùng.

Chia đoạn

Khi lớp mạng gửi dữ liệu xuống lớp liên kết dữ liệu có thể xảy ra một số vấn
đề. Những vấn đề có thể xảy ra ở đây là, phụ thuộc vào kiểu dữ liệu của
công nghệ lớp liên kết dữ liệu đang được sử dụng mà dữ liệu có thể quá lớn.
Điều này yêu cầu lớp mạng phải có khả năng phân chia dữ liệu này ra thành
các gói nhỏ hơn. Quá trình này được biết đến với tên gọi chia đoạn.

Quản lý lỗi

Quản lý lỗi là một khía cạnh quan trọng của lớp mạng. Như chúng tôi đã đề
cập ở trên, một lỗi có thể xuất hiện khi các router không tìm thấy địa chỉ

đích trong bảng định tuyến của chúng. Trong trường hợp đó, router cần phải
tạo một lỗi thông báo không có đích đến. Một lỗi khác cũng có thể xuất hiện
ở đây là giá trị TTL (thời gian tồn tại) của gói. Nếu lớp mạng quyết định
rằng TTL đã đạt đến một giá trị zero thì một lỗi quá hạn thời gian sẽ được
tạo. Cả hai thông báo lỗi không có đích đến và lỗi vượt quá thời gian đều
tuân theo các chuẩn cụ thể đã được định nghĩa trong Internet Control
Message Protocol (ICMP).

Việc chia đoạn cũng có thể gây ra lỗi. Nếu quá trình chia đoạn diễn ra quá
dài thì thiết bị có thể đưa ra một lỗi quá thời gian theo ICMP.

Điều khiển tắc nghẽn

Một trách nhiệm nữa của lớp mạng đó là điều khiển tắc nghẽn. Có thể bạn
đã biết, bất cứ thiết bị mạng nào cũng đều có một giới hạn trên đối với số
lượng thông lượng mà thiết bị có thể quản lý. Giới hạn trên này luôn tăng
dần dần nhưng đôi khi có một số lần có quá nhiều dữ liệu được gửi đến thiết