Kiến trúc phân lớp của mạng truyền thông (Network Layering Architechture)

Mô hình OSI

Chức năng chính của mạng là truyền thông tin một cách tin cậy giữa giữa nguồn (source/transmitter) và đích (destination/reciever), việc này tương tự như ta gửi một bức thư, để việc truyền tin (gửi bức thư) đi một cách chính xác thì cần phải chia nhỏ các thao tác nhằm chuyên môn hóa các chức năng của mạng và đơn giản hóa quá trình quản lý và vận hành mạng.

Hình 1: Ví dụ về phân lớp

Hình 1 là một ví dụ và sự phân lớp chức năng trong việc gửi thư, ở phía người gửi gồm các lớp với các chức năng như: Lớp cao nhất: viết thư, cho vào phong bì và bỏ vào thùng thư; lớp trung gian: chuyển thư từ hộp thư tới bưu điện; lớp thấp nhất: chuyển thư từ bưu điện người gửi tới bưu điện của người nhận. Nếu phân chia quá nhiều lớp chức năng thì quá trình gửi thư (truyền tin) sẽ diễn ra chính xác hơn nhưng độ trễ lớn do phải xử lý ở nhiều lớp chức năng, do vậy phân lớp phải dung hòa được yếu tố trên.

Hai mô hình kiến trúc phân lớp được thừa nhận rộng rãi và đã trở thành chuẩn là mô hình kết nối các hệ thống mở OSI (Open System Interconnection) và mô hình TCP/IP. Mô hình OSI là chuẩn chung nhất cho bất kể hai hệ thống mở nào kết nối với nhau (không quan trọng đó là hệ thống hay mạng gì?), nó bao gồm 7 lớp: Ứng dụng (application), Trình diễn (Presentation), Tạo phiên (Session), Vận chuyển (Transport), Mạng (Network), Liên kết dữ liệu (Data link control) và Vật lý (Physicl). Giữa hai hệ thống mở, giao tiếp giữa các lớp ngang hàng với nhau là giao tiếp logic, nghĩa là không trực tiếp nối với nhau (trừ lớp vật lý) và trong suốt với các lớp trên và dưới nó; giữa các lớp với nhau giao tiếp với nhau bằng các dịch vụ gọi là hàm nguyên thủy. Tập hợp các quy tắc giao tiếp này tạo nên các giao thức (protocol) giữa hai hệ thống. Dữ liệu từ nguồn chuyển tới đích theo trình tự từ lớp cao nhất (application) xuống lớp thấp nhất (physical) của nguồn qua môi trường truyền dẫn (hữu tuyến hoặc vô tuyến) đến phía đích sẽ đi theo chiều ngược lại, qua mỗi lớp gói dữ liệu sẽ được thêm/bớt các phần đầu (header) và cuối (tailer) nhằm đảm bảo gói dữ liệu được truyền chính xác (do vậy ở mỗi lớp khác nhau, gói sẽ có tên gọi khác nhau).


Hình 2: Mô hình OSI

Chức năng nhiệm vụ của các lớp có thể tóm tắt như sau:
• Lớp vật lý đảm nhận việc truyền từng bit qua các đường truyền vật lý hữu tuyến hoặc vô tuyến từ nút này đến nút khác. Các giao thức hoặc thuật ngữ quen thuộc liên qua đến lớp vật lý: Các tiêu chuẩn kết nối cơ khí, điện tử như RS-323, truyền đồng bộ nối tiếp, truyền bất đồng bộ nối tiếp, các kỹ thuật điều chế, giải điều chế chuyển đổi tương tự, số và ngược lại.

• Lớp liên kết dữ liệu đảm nhận việc truyền từng khung (frame) từ nút này đến nút khác ngoài ra nó còn có các chức năng đóng gói dữ liệu (framing), đánh địa chỉ vật lý (physical addressing) điều khiển luồng (flow control), điều khiển lỗi (error control) và điều khiển truy nhập (access control). Các giao thức hoặc thuật ngữ quen thuộc: giao thức hướng bit, giao thức hướng byte, P2P (point to point), HDLC, mã hóa điều khiển lỗi parity, Haming, CRC điều khiển luồng theo cơ chế cửa sổ trượt sliding window, stop and wait, go back N, selective repeat, đa truy nhập đường truyền (MAC: medium access control): TDMA, FDMA, CDMA.

• Lớp mạng đáp ứng việc truyền từng gói dữ liệu từ nút nguồn tới lớp đích (source host to destination host), các nhiệm vụ khác là định địa chỉ logic (logical addressing) của trạm hoặc router, định tuyến (routing). Các giao thực hoặc thuật ngữ quen thuộc: giao thức Internet IP, các giao thức khác hỗ trợ cho IP như ARP, RARP, ICMP, IGMP,....đây là lớp có nhiều giao thức đã và đang phát triển để phục vụ cho các mạng thể khác nhau, chuyển mạch kênh (circuit switching), chuyển mạch gói (packet switching gồm datagram và virtual circuit switching), các giải thuật định tuyến: Djsktra, Bellman-Ford,...

• Lớp vận chuyển có nhiệm vụ truyền từng bản tin (messages) từ một tiến trình này đến một tiến trình khác, tiến trình ở đây có thể hiểu là một chương trình ứng dụng của người dùng đang chạy. Các nhiệm vụ khác là đánh địa chỉ proccess, đóng gói và gỡ gói (segmentation and reassembly) bản tin, điều khiển liên kết (hướng liên kết, hay không hướng liên kết), điều khiển luồng và điều khiển lỗi (điều khiển luồng và điều khiển lỗi từ nguồn-đích khác với điều khiển luồng và lỗi ở lớp liên kết dữ liệu là từ hop-hop). Các giao thức, thuật ngữ quen thuộc: Các giao thức TCP, UDP, SCTP.

• Lớp tạo phiên đáp ứng việc tạo phiên đối thoại (dialog) và đồng bộ (synchronization). Các thuật ngữ liên quan: Khởi tạo, kết thúc kết nối, tạo tín hiệu bắt tay shake-hand, tín hiệu kết thúc.

• Lớp trình diễn đáp ứng việc biên dịch (translation) mã hóa (encryption) và nén dữ liệu (compression). Các giao thức, thuật ngữ quen thuộc: HTML, MPEG, JPEG, H.264,..

• Lớp ứng dụng đem lại các ứng dụng và giao diện với người sử dụng. Các thuật ngữ quen thuộc: HTTP, WWW, email, FTP, TELNET,...


Trong các lớp kể trên thì từ lớp mạng (và một phần lớp vận chuyển) liên quan đến viêc truyền dữ liệu (data communication-->nhiệm vụ của ngành điện tử-viễn thông), những lớp còn lại liên quan nhiều đến việc thiết kế, khai thác, sử dụng các ứng dụng người dùng (application-->nhiệm vụ của ngành công nghệ thông tin).

Mô hình TCP/IP

Thực tế mô hình OSI chỉ là mô hình tham chiếu chung chứ không được áp dụng vào một hệ thống cụ thể nào, mô hình TCP/IP được đưa ra đơn giản hóa một số lớp chức năng của OSI và trở thành bộ giao thức (mô hình) chuẩn cho mạng máy tính và nhiều mạng khác. Sự tương ứng giữa TCP/IP và OSI được đưa ra ở hình 3

Hình 3: Mô hình TCP/IP

Điểm đáng lưu ý ở mô hình TPC/IP là từ lớp Netowrk trở lên (bao gồm cả Network) các giao thức được thống nhất (unique and universal) giữa các cá nhân, tổ chức, chính phủ và được sử dụng để truy nhập vào mạng Internet một cách thống nhất trên toàn cầu. Từ lớp Network trở xuống (physical và data link) thì phụ thuộc vào nhà sản xuất, các giao thức chỉ đồng nhất trong quy mô nhỏ và phụ thuộc vào từng mạng cụ thể. Ví dụ với mạng WLAN và mạng điện thoại di động đều có các chương trình có thể truy cập vào mạng Internet và chúng đều sử dụng giao thức chung là IP và các trình ứng dụng giống nhau (http chẳng hạn), tuy nhiên cơ sở để phân biệt chúng với nhau là ở lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu. Chính vì vậy, hiện nay với sự bùng nổ của công nghệ, rất nhiều các loại mạng mới ra đời (như Wireless Sensor Network, Vehicular Ad hoc Network, Wireless PAN, Wireless BAN,...) thì việc nghiên cứu các vấn đề công nghệ liên quan đến hai lớp dưới cùng là đề tài nóng và cấp thiết nhất hiện nay.

PS: Có lỗi này: New members are not allowed to post external links or emails for 7 days. Please contact the forum administrator for more information. Nên không thể post hình.

Tham khảo:
Forouzan, Data Communication and Networking, 4th Edition, Mc Graw Hill, 2007.