Kiến trúc phân tầng và mô hình OSI

`
`
Ch
Ch
ươ
ươ
ng
ng
2.
2.
Ki
Ki
ế
ế
n tr
n tr
ú
ú
c ph
c ph
â
â
n t
n t
ầ
ầ
ng v
ng v
à
à
m

m
ô
ô
h
h
ì
ì
nh
nh
OSI
OSI
•Kiến trúc phân tầng
•Mô hình OSI
•Mô hình TCP/IP
`
`
Ki
Ki
ế
ế
n tr
n tr
ú
ú
c ph
c ph
â
â
n t
n t

ầ
ầ
ng
ng
Hoạt động mạng là quá trình gửi dữ liệu từ máy tính này
sang máy tính khác. Quá trình này có thểđược chia
thành các tác vụ riêng biệt:
• Nhận biết dữ liệu
• Chia dữ liệu thành từng gói để có thể quán lý được
• Thêm thông tin vào từng gói để xác định địa chỉ máy
nhận và thứ tự của gói tin
• Bổ sung thông tin để kiểm tra lỗi(check sum) và thời
lượng (timeout)
• Đưa dữ liệu lên mạng và gửi đi
Các thủ tục này
đượcHĐH tuân theo một cách nghiêm
ngặt, những thủ tục này được gọi là giao thức
`
`
Ki
Ki


n tr
n tr
ỳ
ỳ
c ph
c ph
õ

õ
n t
n t


ng
ng
Hệ thống giao thức là một trong các thành phần cốt lõi để thiết
kế nên mạng máy tính, do vậy cần đợc xây dựng theo một
mô hình thống nhất. Mỗi hệ thống mạng máy tính hiện nay
đều đợc coi nh cấu trúc đa tầng giao thức. Trong đó mỗi
tầng cung cấp một số dịch vụ nhất định.
`
`
Kiến trúc phân tầng
Kiến trúc phân tầng
Giao thøc tÇng i+1
§−êng truyÒn vËt lý
TÇng 1
TÇng 2
TÇng i-1
TÇng i
TÇng i+1
TÇng N
.
.
.
.
.
.

TÇng 1
TÇng 2
TÇng i-1
TÇng i
TÇng i+1
TÇng N
.
.
.
.
.
.
Giao thøc tÇng 1
Giao thøc tÇng i-1
Giao thøc tÇng i
Giao thøc tÇng N
`
`
Ki
Ki


n tr
n tr
ỳ
ỳ
c ph
c ph
õ
õ

n t
n t


ng
ng
Nguyên tắc của kiến trúc phân tầng:
Mỗi hệ thống trong mạng đều có cấu trúc tầng giống
nhau (số lợng tầng và chức năng của mỗi tầng).
Dữ liệu không đợc truyền trực tiếp từ tầng thứ i của hệ
thống này sang tầng thứ i của hệ thống khác (trừ tầng thấp
nhất liên hệ trực tiếp với đờng truyền vật lý).
Nh vậy việc kết nối giữa hai hệ thống đợc thực hiện thông qua
hai loại liên kết: liên kết vật lý
ở tầng thấp nhất và
liên kết
lôgic
(ảo) ở các tầng cao hơn.
`
`
Ki
Ki


n tr
n tr
ỳ
ỳ
c ph
c ph

õ
õ
n t
n t


ng
ng
Hai dạng liên kết: liên kết giữa hai tầng đồng mức - liên kết
ngang và liên kế giữa hai tầng liền kề - liên kết dọc
Giao thức tầng i+1
Đờng truyền vậtlý
Tầng 1
Tầng 2
Tầng i-1
Tầng i
Tầng i+1
Tầng N
.
.
.
.
.
.
Tầng 1
Tầng 2
Tầng i-1
Tầng i
Tầng i+1
Tầng N

.
.
.
.
.
.
Giao thức tầng 1
Giao thức tầng i-1
Giao thức tầng i
Giao thức tầng N
`
`
Ki
Ki


n tr
n tr
ỳ
ỳ
c ph
c ph
õ
õ
n t
n t


ng
ng

Việc liên kết giữa các tầng liền kề trong mô hình OSI đợc xây dựng theo
nguyên tắc đáp ứng các dịch vụ thông qua các hàm nguyên thuỷ, có bốn
kiểu hàm nguyên thuỷ:
ắ Request (yêu cầu): ngời sử dụng dùng để gọi một chức năng.
ắ Indication (chỉ báo): ngời cung cấp dịch vụ dùng để:
- Gọi một chức năng hoặc
- Chỉ báo một chức năng đã đợc gọi ở một điểm truy cập dịch vụ (SAP
Service Access Point)
ắ Response (trả lời): ngời cung cấp dịch vụ dùng để hoàn tất một chức
năng đã đợc gọi từ trớc bởi một hàm Indication SAP đó.
ắ Confirm (xác nhận): ngời cung cấp dịch vụ dùng để hoàn tất một chức
năng đã đợc gọi từ trớc bởi một hàm Request SAP đó.
`
`
Ki
Ki
ế
ế
n tr
n tr
ú
ú
c ph
c ph
â
â
n t
n t
ầ
ầ

ng
ng
Service user
HÖ thèng A
HÖ thèng B
Giao thøc tÇng N+1
TÇng N
Giao thø tÇng N
Request
Confirm
Reponse Indication
TÇng N+1
TÇng N+1
TÇng N
SAP
Service provider
SAP
`
`
Ki
Ki


n tr
n tr
ỳ
ỳ
c ph
c ph
õ

õ
n t
n t


ng
ng
Qui trình thực hiện một giao tác giữa hai hệ thống A và B:
- Tầng (N+1) của A gửi xuống tầng (N) kề dới nó một hàm Request.
- Tầng (N) của A cấu tạo một đơn vị dữ liệu gửi yêu cầu sang tầng (N)
của B theo giao thức tầng N đã xác định
- Nhận đợc yêu cầu, tầng (N) của B chỉ báo lên tầng (N+1) của B
hàm Indication.
- Tầng (N+1) của B trả lời bằng hàm Response gửi tầng (N) kề nó
- Tầng (N) của B cấu tạo một đơn vị dữ liệu gửi trả lời sang tầng (N)
của A theo giao thức tầng N đã xác định
`
`
Ki
Ki


n tr
n tr
ỳ
ỳ
c ph
c ph
õ
õ

n t
n t


ng
ng
Một thực thể ở tầng (N) không thể truyền dữ liệu trực tiếp với
một thực thể tầng (N) ở một hệ thống khác mà phải truyền
xuống tầng dới để truyền qua tầng thấp nhất (tầng Vật lý).
Khi xuống đến tầng (N-1) dữ liệu đợc chuyển từ tầng (N)
đợc xem nh một đơn vị dữ liệu cho dịch vụ SDU (Service
Data Unit) của tầng (N-1). Phần thông tin điều khiển của
tầng (N-1) gọi là (N-1)PCI (Protocol Control Identifier)
đợc thêm vào đầu (N-1)SDU để tạo thành (N-1) PDU
(Protocol Data Unit).
Tầng N (N) PDU
(N-1) SDU
=
Tầng N-1
(N-1) PDU
(N-1)PCI
`
`
Ki
Ki


n tr
n tr
ỳ

ỳ
c ph
c ph
õ
õ
n t
n t


ng
ng
Trong trờng hợp (N-1) SDU quá dài thì sẽ đợc cắt nhỏ thành nhiều
đoạn và đợc bổ sung phần (N-1) PCI ở đầu tạo thành nhiều (N-1)
PDU. Trình tự nh thế sẽ đợc tiếp diễn cho tới tầng Vật lý ở đó dữ
liệu đợc truyền qua đờng truyền vật lý.
Bên hệ thống nhận, trình tự sẽ diễn ra ngợc lại. Qua mỗi tầng PCI
tơng ứng sẽ đợc phân tích và sau đó cắt bỏ khỏi các PDU trớc
khi gửi lên các tầng trên. (Cơ chế hoạt động sẽ đợc trình bày chi
tiết ở phần sau)
`
`
M
M
ô
ô
h
h
ì
ì
nh

nh
OSI (Open Systems Interconnection)
OSI (Open Systems Interconnection)
• Những năm 1980 các hệ thống đường truyền tốc độ
cao đã được thiết lập ở BắcMỹ và Châu Âu và từ
đócũng xuất hiện các nhà cung cấp các dịnh vụ
truyền thông với những đường truyền có tốc độ cao
hơn nhiều lầnsovới đường dây điện thoại. Với
những chi phí thuê bao chấp nhận được, người ta có
thể sử dụng được các đườ
ng truyền này để liên kết
máy tính lại với nhau và bắt đầu hình thành các mạng
một cách rộng khắp. Các mạng LAN, MAN, WAN ra
đời và nhanh chóng phát triển cả về số lượng, quy
mô, chất lượng, cũng như về công nghệ.
`
`
M
M
ô
ô
h
h
ì
ì
nh
nh
OSI
OSI
• Tuy nhiên, c

ũ
ng ngay trong nh
ữ
ng n
ă
m 80, khi mà
ư
u
th
ế
c
ủ
a các lo
ạ
i m
ạ
ng máy tính
đ
ang th
ể
hi
ệ
n rõ thì
nó c
ũ
ng
đặ
t ra nh
ữ
ng thách th

ứ
c v
ề
tiêu chu
ẩ
n k
ế
t
n
ố
i các thi
ế
t b
ị
ngo
ạ
ivi.K
ế
t qu
ả
là nh
ữ
ng h
ệ
th
ố
ng
hi
ệ
n có th

ờ
i
đ
óch
ỉ
cho phép thi
ế
t b
ị
(c
ả
v
ề
ph
ầ
n
c
ứ
ng và ph
ầ
n m
ề
m) c
ủ
a m
ộ
t nhà s
ả
n xu
ấ

t k
ế
t n
ố
i
đượ
c v
ớ
i nhau và
đượ
c g
ọ
i là h
ệ
th
ố
ng
đ
óng.
Đ
i
ề
u
này là h
ế
t s
ứ
c b
ấ
t ti

ệ
n cho vi
ệ
c tri
ể
n khai m
ạ
ng c
ũ
ng
nh
ư
r
ấ
t phi
ề
n toái cho ng
ườ
i s
ử
d
ụ
ng khi mu
ố
n l
ắ
p
đặ
t m
ạ

ng ph
ụ
c v
ụ
cho công vi
ệ
c, c
ũ
ng nh
ư
h
ạ
n ch
ế
ng
ă
n c
ả
n vi
ệ
c m
ở
r
ộ
ng m
ạ
ng m
ộ
t cách “tho
ả

i mái”
cho nh
ữ
ng quy mô l
ớ
n h
ơ
n.
`
`
Mô hình
Mô hình
OSI
OSI
•Mô hình OSI (Open Systems Interconnection
Reference Model) (Mô hình tham chiếu kết nối các
hệ thống mở)làmột thiết kế dựa vào nguyên lý
phân tầng, lý giải một cách trừu tượng kỹ thuật kết
nối truyền thông giữa các hệ máy đa dạng được
cung cấp bởi các nhà sản xuất khác nhau
.Môhình
cho phép tất cả các thành phần của mạng hoạt độn
g
hòa đồng, bất kể thành phần ấydoai tạo dựng. và
thiết kế giao thức mạng giữa chúng do ISO đưa ra.
Ứng dụng
Trình bày
Phiên
Giao vận
Mạng

Liên kết dữ liệu
Vật lý
Please
Do
Not
Tell
Sb
Password
Anytime
`Mục đích
•Mô hình OSI phân chia chức năng của một giao
thức ra thành một chuỗi các tầng.
•Mỗi một tầng có một đặc tính là nó chỉ sử dụn
g
dịch vụ của tầng dưới nó, đồng thời chỉ cho phé
p
tầng trên sử dụng các dịch vụ của mình.
`Mục đích
• Một hệ thống cài đặt các giao thức bao gồm
một chuỗi các tầng nói trên được gọi là "chồng
giao thức" (protocol stack). Chồng giao thức có
thểđược cài đặt trên phần cứng, hoặc phần
mềm, hoặc là tổ hợp của cả hai. Thông thường
thì chỉ có những tầng thấp hơn là được cài đặt
trong phần cứng, còn những tầng khác được cài
đặt trong phần mề
m.
`Mục đích
• Hiện nay chỉ có một phần của mô hình OSI
được sử dụng. Nhiều người tin rằng đại bộ phận

các đặc tả của OSI quá phức tạp và việc cài đặt
đầy đủ các chức năng của nó sẽđòi hỏi một
lượng thời gian quá dài, cho dù có nhiều người
nhiệt tình ủng hộ mô hình OSI đi chăng nữa.
• Mặt khác, có nhiều người lại cho rằng,
ưu điểm
đáng kể nhất trong toàn bộ cố gắng của công
trình mạng truyền thông củaISOlànóđãthất
bại trước khi gây ra quá nhiều tổn thất.
Trong th
ự
c t
ế
có nh
ữ
ng thi
ế
t b
ị
m
ạ
ng làm
vi
ệ
c
ở
c
ả
7 l
ớ

p (t
ầ
ng)(layer) trong mô hình
OSI, nh
ư
:
• Các tr
ạ
m qu
ả
n lý m
ạ
ng (NMS: Network
Management Stations)
• Các máy ch
ủ
Web,
ứ
ng d
ụ
ng (Web and
Application servers)
• Các host trên m
ạ
ng.
`
`
Ch
Ch
ú

ú
ý
ý
• Mô hình 7 lớpOSIchỉ là mô hình tham chiếu
chứ không phải là một mạng cụ thể nào.Các
nhà thiết kế mạng sẽ nhìn vào đó để biết công
việc thiết kế của mình đang nằm ởđâu.
• Xuất phát từ ýtưởng “chia để trị’, khi một
công việc phức tạp được module hóa thành
các phần nhỏ hơn thì sẽ tiện lợi cho việc thực
hiệ
n và sửa sai, mô hình OSI chia chương
trình truyền thông ra thành 7 tầng với những
chức năng phân biệt cho từng tầng.
`
`
Ch
Ch
ú
ú
ý
ý
• Hai t
ầ
ng
đồ
ng m
ứ
c khi liên k
ế

t v
ớ
i nhau ph
ả
i
s
ử
d
ụ
ng m
ộ
t giao th
ứ
c chung. Giao th
ứ
c
ởđ
ây
có th
ể
hi
ể
u
đơ
n gi
ả
n là ph
ươ
ng ti
ệ

n
để
các
t
ầ
ng có th
ể
giao ti
ế
p
đượ
c v
ớ
i nhau, gi
ố
ng
nh
ư
hai ng
ườ
i mu
ố
n nói chuy
ệ
n
đượ
c thì c
ầ
n
có m

ộ
t ngôn ng
ữ
chung. Trong mô hình OSI có
hai lo
ạ
i giao th
ứ
c chính
đượ
c áp d
ụ
ng là: giao
th
ứ
c có liên k
ế
t (connection - oriented) và giao
th
ứ
c không liên k
ế
t (connectionless).
`
`
Ch
Ch
ú
ú
ý

ý
• Giao th
ứ
c có liên k
ế
t: tr
ướ
c khi truy
ề
n, d
ữ
li
ệ
u hai t
ầ
ng
đồ
ng m
ứ
c c
ầ
n thi
ế
t l
ậ
p m
ộ
t liên
k
ế

t logic và các gói tin
đượ
c trao
đổ
i thông
qua liên k
ế
t
đ
ó, vi
ệ
c có liên k
ế
t logic s
ẽ
nâng
cao
độ
an toàn trong truy
ề
n d
ữ
li
ệ
u.
• Giao th
ứ
c không liên k
ế
t: tr

ướ
c khi truy
ề
n, d
ữ
li
ệ
u không thi
ế
t l
ậ
p liên k
ế
t logic và m
ỗ
i gói
tin
đượ
c truy
ề
n
độ
c l
ậ
p v
ớ
i các gói tin tr
ướ
c
ho

ặ
c sau nó.
`
`
Ch
Ch
ú
ú
ý
ý
• Trong trao
đổ
i thông tin, quá trình trao
đổ
i
thông tin
đượ
c chia ra làm các quá trình nh
ỏ
h
ơ
n và các quá trình này
đượ
c
đặ
t vào các
nhóm logic g
ọ
i là t
ầ

ng – Layer.Các t
ầ
ng này
ch
ỉ
có ngh
ĩ
a v
ề
m
ặ
t logic. Mô hình tham chi
ế
u
OSI
đượ
c chia làm 7 t
ầ
ng riêng bi
ệ
t. M
ỗ
i t
ầ
ng
s
ẽ
có ch
ứ
c n

ă
ng riêng trong quá trình trao
đổ
i
thông tin.
`
`
Ch
Ch
ú
ú
ý
ý
• Mỗi thiết bị có thể thuộc mộthaynhiều tầng
khác nhau, và mỗi tầng có thể có nhiều thiết bị
đảm nhiệm chức năng của tầng đó. Khi đó
các thiết bị và các giao thức mạng ra đời sẽ
dựa trên mô hình này, tạo ra một sự thống
nhất cần thiết cho quá trình nghiên cứu và phát
triển lâu dài, đây chính là lý do tại sao lại gọi
là mô hình tham chiếu
.
`
`
Ư
Ư
u
u
đ
đ

i
i
ể
ể
m
m
• Cho phép nhi
ề
u nhà cung c
ấ
p thi
ế
t b
ị
phát
tri
ể
n và
đư
a ra các thi
ế
t b
ị
d
ự
a theo các chu
ẩ
n
c
ủ

a các thành ph
ầ
n m
ạ
ng.
• Nh
ờđ
ómàcác thi
ế
t b
ị
ph
ầ
n c
ứ
ng và các lo
ạ
i
ph
ầ
n m
ề
m m
ạ
ng m
ớ
i có th
ể
làm vi
ệ

c
đượ
c
v
ớ
i nhau trong cùng m
ộ
t m
ạ
ng.
• S
ự
thay
đổ
i c
ủ
a m
ộ
t t
ầ
ng này không làm
ả
nh
h
ưở
ng
đế
n t
ầ
ng khác.

Đ
i
ề
u này s
ẽ
không làm
ả
nh h
ưở
ng
đế
n s
ự
phát tri
ể
n c
ủ
a công ngh
ệ
.