Mô Hình OSI Là Gì? Vai Trò Và Chức Năng Của 7 Tầng Giao Thức Trong OSI

Mô hình OSI là một khái niệm cơ bản và vô cùng quan trọng trong lĩnh vực mạng máy tính. Được phát triển từ những năm 1980, mô hình này giúp các kỹ sư mạng hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động và giao tiếp của hệ thống máy tính trong mạng lưới toàn cầu. Mô hình OSI chia quá trình giao tiếp mạng thành 7 tầng, mỗi tầng có vai trò và chức năng riêng biệt, từ việc thiết lập kết nối đến việc truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị. Cùng MONA Host tìm hiểu chi tiết mô hình OSI là gì và bảy tầng giao thức trong mô hình này có vai trò như thế nào cho quá trình tối ưu hiệu suất mạng ngay trong bài viết dưới đây.

Mô hình OSI là gì?

Mô hình OSI (Open Systems Interconnection Reference Model, hay còn gọi là OSI Model hoặc OSI Reference Model), tạm dịch là mô hình tham chiếu kết nối các hệ thống mở, là một khung lý thuyết phân tầng được thiết kế để giải thích cách các máy tính giao tiếp với nhau thông qua mạng. 

Mô hình này giúp chuẩn hóa việc thiết kế và triển khai giao thức mạng, tạo điều kiện thuận lợi cho việc kết nối giữa các hệ thống khác nhau. Được phát triển trong khuôn khổ dự án kết nối các hệ thống mở (Open Systems Interconnection) do ISO và ITU-T khởi xướng, OSI còn được biết đến với tên gọi quen thuộc: Mô hình bảy tầng.

Mô hình OSI được thiết kế với 7 tầng, mỗi tầng đóng vai trò riêng biệt trong việc xử lý và truyền tải dữ liệu, tạo nên một quy trình mạch lạc và có hệ thống. Đây được xem như tiêu chuẩn quan trọng trong lĩnh vực mạng máy tính, dựa trên cấu trúc phân tầng rõ ràng. Ý tưởng cốt lõi của mô hình là chia nhỏ toàn bộ quy trình giao tiếp mạng thành các lớp hoạt động độc lập nhưng liên kết chặt chẽ. Mỗi lớp sẽ dựa vào lớp trước đó, tạo nền tảng để chuẩn hóa và đơn giản hóa việc thiết kế, triển khai giao thức truyền thông giữa các thiết bị.

Mục đích chính của mô hình OSI

Mô hình OSI được tạo ra nhằm mục tiêu cung cấp một tiêu chuẩn chung, giúp các hệ thống mạng khác nhau dễ dàng giao tiếp và làm việc cùng nhau. Với cách tiếp cận này, các tổ chức có thể tối ưu hóa việc trao đổi dữ liệu giữa những hệ thống khác biệt mà không phải thay đổi cấu hình phần mềm hay phần cứng hiện tại.

>> Khác biệt giữa Ethernet và Internet

Tại sao mô hình OSI quan trọng?

Mô hình OSI (Open Systems Interconnection) đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực giao tiếp mạng bao gồm cả thanh phần mềm và phần cứng. Mô hình OSI được thiết kế để chuẩn hoá quá trình giao tiếp mạng cũng như tạo ra sự tương thích giữa các hệ thống khác nhau, cụ thể là:

Tạo sự thống nhất trong thiết kế hệ thống mạng

Mô hình OSI đóng vai trò như một ngôn ngữ chung cho các nhà phát triển và kỹ sư mạng, giúp họ hiểu và giao tiếp hiệu quả hơn trong các dự án liên quan đến mạng. Bằng cách phân chia hệ thống thành bảy lớp, mô hình này giúp phân loại rõ ràng các chức năng và hoạt động của từng lớp, từ đó làm sáng tỏ cấu trúc và cách vận hành của hệ thống mạng phức tạp.

Thúc đẩy sáng tạo và đổi mới

Trong bối cảnh phát triển hệ thống mạng, mô hình OSI đóng vai trò như một khung tham chiếu chi tiết, hỗ trợ kỹ sư dễ dàng nhận diện và hoàn thiện từng bước công việc. Nhờ vậy, các công nghệ mạng tiên tiến có thể được phát triển nhanh hơn, tối ưu hóa thời gian và nguồn lực trong quá trình xây dựng hệ thống mới.

Chuẩn hóa và dễ dàng tương thích

Mỗi lớp trong mô hình OSI đều được gắn với những nhiệm vụ cụ thể cùng các giao thức tương ứng, giúp tiêu chuẩn hóa các quy trình truyền thông trong mạng. Điều này mang lại sự linh hoạt, cho phép các kỹ sư tập trung vào từng khía cạnh riêng biệt mà không phải hiểu toàn bộ hệ thống từ đầu, đồng thời cải thiện khả năng tương thích giữa các công nghệ.

>> Network là gì?

Các giao thức trong mô hình OSI

Có thể thấy, các giao thức trong mô hình OSI đóng vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo giao tiếp hiệu quả giữa các thiết bị mạng. Chúng được chia thành hai loại chính: giao thức hướng liên kết và giao thức không liên kết, mỗi loại đáp ứng những nhu cầu khác nhau trong việc truyền tải dữ liệu.

Giao thức hướng liên kết (Connection Oriented)

Giao thức hướng liên kết yêu cầu thiết lập một kết nối logic giữa các thực thể tương ứng trong cùng một tầng trước khi bắt đầu quá trình truyền dữ liệu. Nghĩa là hai hệ thống cần đồng ý về tập các tham số sẽ dùng trong quá trình truyền dữ liệu. Chẳng hạn như kích thước gói dữ liệu hay phương thức quản lý dữ liệu, thông qua quá trình trao đổi và thỏa thuận.

Kết nối này giúp đảm bảo dữ liệu được truyền đi một cách an toàn và đáng tin cậy. Sau khi toàn bộ dữ liệu đã được gửi và nhận thành công, kết nối sẽ được ngắt để giải phóng tài nguyên. Việc sử dụng giao thức hướng liên kết mang lại lợi thế lớn trong việc đảm bảo chất lượng truyền thông, đặc biệt trong các ứng dụng yêu cầu tính toàn vẹn cao.

Giao thức không liên kết (Connectionless)

Khác với giao thức hướng liên kết, giao thức không liên kết cho phép dữ liệu được gửi trực tiếp mà không cần thiết lập bất kỳ kết nối nào trước đó. Dữ liệu được chia thành các gói tin độc lập và có thể truyền qua những tuyến khác nhau trước khi đến đích.

Vai trò và chức năng của các tầng trong mô hình OSI

Như bạn cũng biết, mô hình OSI được chia thành 7 tầng, mỗi tầng đảm nhận một nhiệm vụ riêng biệt, từ việc truyền tải dữ liệu cơ bản đến việc cung cấp các dịch vụ ứng dụng cho người dùng. Để hiểu rõ hơn về mô hình OSI là gì, chúng ta sẽ cùng đi vào chi tiết về vai trò và chức năng của từng tầng trong mô hình này trong nội dung dưới đây.

Application Layer (Tầng ứng dụng) – Tầng 7

Tầng ứng dụng nằm ở cuối cùng và là cấp cao nhất trong mô hình OSI, đóng vai trò cầu nối giữa người dùng cuối và mạng lưới. Đây là nơi cung cấp giao diện trực quan và các giao thức cần thiết để ứng dụng có thể trao đổi dữ liệu và hiển thị thông tin một cách dễ hiểu, gần gũi với người dùng. 

Tầng này bao gồm các giao thức và dịch vụ quan trọng, phục vụ các nhu cầu như gửi tệp, quản lý email, duyệt web, phát đa phương tiện, cũng như nhiều hoạt động ứng dụng khác. Một số giao thức nổi bật của tầng ứng dụng gồm có:

• HTTP: Giao thức truyền tải siêu văn bản
• FTP: Giao thức truyền tải tệp
• SMTP: Giao thức truyền tải thư điện tử
• DNS: Hệ thống phân giải tên miền
• SNMP: Giao thức quản lý mạng đơn giản

Chức năng chính của tầng ứng dụng là tạo điều kiện cho người dùng kết nối và tương tác với các dịch vụ mạng một cách dễ dàng và hiệu quả. Đây cũng là tầng chịu trách nhiệm xử lý mọi yêu cầu của người dùng, từ việc truyền tải dữ liệu đến đảm bảo giao tiếp an toàn. Tầng ứng dụng thực hiện các nhiệm vụ chính như:

• Thiết lập kết nối với ứng dụng và dịch vụ trên mạng
• Xử lý yêu cầu, phản hồi từ phía người dùng
• Quản lý các phiên làm việc
• Đảm bảo truyền tải dữ liệu liền mạch giữa người dùng và mạng
• Khắc phục các lỗi phát sinh trong quá trình giao tiếp
• Bảo toàn tính toàn vẹn và bảo mật thông tin khi truyền tải.

>> HTTP và HTTPS khác nhau như thế nào?

Presentation Layer (Tầng trình bày) – Tầng 6

Tầng trình bày là lớp thứ sáu trong mô hình OSI, đứng sau tầng ứng dụng. Đây là nơi xử lý các vấn đề liên quan đến cú pháp và ngữ nghĩa của dữ liệu trong quá trình truyền tải. Vai trò chính của tầng này là đảm bảo dữ liệu được mã hóa, nén và định dạng một cách chuẩn xác, nhằm giúp hai thiết bị giao tiếp một cách hiệu quả và không xảy ra lỗi.

Tầng trình bày nhận dữ liệu từ tầng ứng dụng, chuẩn bị cho quá trình truyền qua tầng phiên. Công việc của tầng này bao gồm dịch dữ liệu, mã hóa thông tin, và chuyển đổi định dạng nhằm đảm bảo dữ liệu truyền đi không chỉ chính xác mà còn tương thích với hệ thống của thiết bị nhận. Tầng trình bày có nhiệm vụ chính như sau:

• Mã hóa và giải mã (Encryption/Decryption): Tầng này đảm bảo bảo mật dữ liệu trong quá trình truyền dữ liệu bằng cách mã hóa thông tin trước khi truyền và giải mã sau khi nhận.
• Nén và giải nén (Compression/Decompression): Dữ liệu được nén để tiết kiệm băng thông và giảm dung lượng khi truyền đi, sau đó giải nén để tái tạo thông tin ban đầu. Mục đích của việc này sẽ giúp tăng tốc độ trong quá trình truyền dữ liệu.
• Định dạng dữ liệu (Data Formatting): Tầng trình bày chuyển đổi dữ liệu từ định dạng ứng dụng thành định dạng tiêu chuẩn để truyền trên mạng và ngược lại, giúp các hệ thống khác nhau dễ dàng tương tác.
• Quản lý phiên (Session Management): Tầng trình bày có khả năng quản lý tất cả thông tin phiên giao tiếp giữa các ứng dụng. Quản lý phiễn sẽ hỗ trợ quá trình khởi tạo, duy trì và kết thúc phiên giao tiếp, đảm bảo dữ liệu giữa người dùng và hệ thống được đồng bộ hóa một cách chính xác và nhất quán

Ngoài các nhiệm vụ trên, tầng trình bày còn hỗ trợ quá trình mã hóa bổ sung nếu dữ liệu yêu cầu độ bảo mật cao, đảm bảo mọi thông tin được truyền tải đều có thể hiểu được bởi lớp ứng dụng ở thiết bị nhận. Tóm lại, Presentation Layer đóng vai trò như một “người phiên dịch” trong quá trình giao tiếp dữ liệu, vừa bảo mật, vừa tối ưu hiệu quả truyền tải.

Session Layer (Tầng phiên) – Tầng 5

Tầng phiên là tầng thứ 5 trong mô hình mạng OSI và giữ vai trò kiểm soát việc bắt đầu thiết lập, duy trì và kết thúc các phiên giữa hai thiết bị trên mạng. Quãng thời gian từ lúc kết nối được thiết lập cho đến khi kết thúc gọi là một phiên. Nhiệm vụ chính của tầng này là đảm bảo phiên hoạt động đủ lâu để hoàn tất việc truyền dữ liệu, đồng thời đóng phiên ngay sau đó để tránh lãng phí tài nguyên.

Tầng phiên chịu trách nhiệm thiết lập cũng như duy trì và kết thúc các phiên giao tiếp giữa các ứng dụng trên mạng, tạo ra một môi trường ổn định để trao đổi dữ liệu. Ngoài ra, nó hỗ trợ đồng bộ hóa và xử lý kết thúc phiên một cách mượt mà. Các chức năng chính của tầng phiên bao gồm:

• Thiết lập phiên (Session Establishment): Tầng phiên giúp khởi tạo một kết nối làm việc trước khi truyền dữ liệu. Quá trình này sẽ bao gồm việc nhận diện các thông tin xác thực, cấu hình và các tham số điều khiển cần thiết.
• Duy trì phiên (Session Maintenance): Đảm bảo quá trình truyền dữ liệu giữa các ứng dụng diễn ra liên tục, đồng bộ hóa dữ liệu và quản lý các yêu cầu qua lại trong suốt phiên giao tiếp.
• Đồng bộ hóa phiên (Session Synchronization): Tầng này thiết lập các điểm đồng bộ nhằm đảm bảo dữ liệu được truyền tải một cách nhất quán và đúng thứ tự giữa hai bên.
• Chấm dứt phiên (Session Termination): Tầng phiên cho phép các ứng dụng hoàn tất kết nối một cách an toàn, giải phóng tài nguyên sau khi hoàn thành truyền dữ liệu.

Ngoài ra, tầng phiên hỗ trợ đồng bộ hóa thông qua các điểm kiểm tra trong quá trình truyền dữ liệu. Ví dụ, khi truyền một tệp 100MB, tầng phiên có thể đặt điểm kiểm tra mỗi 5MB. Nếu kết nối bị gián đoạn sau khi truyền được 52MB, việc truyền tải có thể tiếp tục từ điểm kiểm tra gần nhất, thay vì phải bắt đầu lại từ đầu. Đây là cách tầng phiên tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu rủi ro trong quá trình truyền dữ liệu.

Transport Layer (Tầng vận chuyển) – Tầng 4

Tầng vận chuyển là tầng 4, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo quá trình truyền dữ liệu giữa các thiết bị được thực hiện một cách đáng tin cậy. Đây là cầu nối quan trọng giúp các ứng dụng có thể giao tiếp hiệu quả mà không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như mạng hay thiết bị sử dụng. 

Chức năng chính của tầng 4 là điều phối giao tiếp trực tiếp giữa hai thiết bị. Tầng này nhận dữ liệu từ lớp phiên, chia nhỏ thành các phân đoạn trước khi chuyển xuống tầng 3 để truyền tải. Tại phía nhận, tầng vận chuyển chịu trách nhiệm ghép lại các phân đoạn này thành dữ liệu hoàn chỉnh, sẵn sàng cho lớp phiên xử lý.

Ngoài ra, Transport Layer còn đảm nhận việc kiểm soát luồng dữ liệu và xử lý lỗi. Kiểm soát luồng giúp tối ưu hóa tốc độ truyền, ngăn tình trạng gửi dữ liệu quá nhanh gây tắc nghẽn. Trong khi đó, kiểm soát lỗi bảo đảm rằng dữ liệu nhận được đúng với dữ liệu đã gửi, thông qua các cơ chế kiểm tra và yêu cầu gửi lại khi cần. Các chức năng nổi bật của tầng vận chuyển:

• Kiểm soát luồng (Flow Control): Điều chỉnh tốc độ truyền dữ liệu giữa các ứng dụng để đảm bảo không bị quá tải.
• Kiểm soát lỗi (Error Control): Sử dụng các cơ chế như checksum hoặc ACK/NACK để phát hiện và sửa lỗi trong quá trình truyền dữ liệu.
• Phân đoạn và tái hợp (Segmentation/Reassembly): Chia nhỏ dữ liệu thành các phân đoạn (segment) có đánh số thứ tự, sau đó tái hợp lại để khôi phục dữ liệu gốc.
• Đa kết nối (Connection Multiplexing): Hỗ trợ nhiều kết nối mạng đồng thời, cho phép các ứng dụng gửi và nhận dữ liệu một cách linh hoạt và hiệu quả.

Network Layer (Tầng mạng) – Tầng 3

Tầng Mạng, hay còn gọi là Network Layer, là tầng thứ ba trong mô hình OSI, đảm nhiệm vai trò quản lý quá trình định tuyến và chuyển tiếp dữ liệu giữa các mạng khác nhau. Đây là cầu nối quan trọng, cung cấp dịch vụ cho tầng giao vận (Transport Layer) ở trên và tầng liên kết dữ liệu (Data Link Layer) ở dưới.

Nhiệm vụ chính của tầng này là đảm bảo dữ liệu có thể di chuyển qua nhiều mạng khác nhau một cách hiệu quả. Trong trường hợp các thiết bị nằm trong cùng một mạng, vai trò của tầng mạng có thể được tối giản.

Tại tầng này, dữ liệu từ tầng giao vận được chia nhỏ thành các gói (packets) để truyền đi và sau đó được ghép lại trên thiết bị nhận. Tầng mạng cũng chịu trách nhiệm tìm ra lộ trình tối ưu để dữ liệu đến được đích, nhiệm vụ này được gọi là định tuyến (routing). Network Layer có những chức năng chính sau:

• Định tuyến (Routing): Tầng mạng lựa chọn đường đi tối ưu để truyền gói tin qua nhiều mạng khác nhau. Quá trình này sử dụng các giao thức như RIP (Routing Information Protocol) hoặc OSPF (Open Shortest Path First) để đưa ra quyết định.
• Chuyển tiếp (Forwarding): Tầng này chịu trách nhiệm chuyển tiếp gói tin qua các thiết bị định tuyến (router). Các router sử dụng bảng định tuyến để xác định hướng đi cho từng gói tin.
• Địa chỉ IP (IP Addressing): Đây là tầng mà địa chỉ IP được sử dụng để định danh các thiết bị trong mạng, xác định nguồn và đích của gói tin. Mỗi thiết bị sẽ có một địa chỉ IP duy nhất để giao tiếp.
• Phân mảnh và tái hợp (Fragmentation and Reassembly): Khi dữ liệu cần truyền qua các mạng có kích thước gói tin khác nhau, tầng mạng thực hiện phân mảnh dữ liệu thành các phần nhỏ hơn. Sau đó, tại đích đến, các phần này sẽ được ghép lại để khôi phục gói tin ban đầu.

Data Link Layer (Tầng liên kết dữ liệu) – Tầng 2

Tầng liên kết dữ liệu, nằm ở vị trí thứ hai trong mô hình OSI giúp đảm bảo dữ liệu được truyền tải an toàn qua môi trường vật lý. Nó chịu trách nhiệm xác định địa chỉ vật lý (MAC address) và duy trì tính toàn vẹn của dữ liệu khi truyền tải giữa các thiết bị trong cùng một mạng. Tầng này được chia thành hai phân lớp chính:

• Lớp điều khiển liên kết logic (LLC – Logical Link Control): Lớp này quản lý các giao thức truyền thông, bao gồm truyền thông đồng bộ và không đồng bộ. Đồng thời, nó cũng kiểm tra tính toàn vẹn của dữ liệu, xử lý lỗi và đảm bảo việc truyền tải thông tin giữa các điểm cuối diễn ra mượt mà.
• Lớp kiểm soát truy cập môi trường (MAC – Media Access Control): Lớp MAC xác định cách các thiết bị truy cập phương tiện truyền thông dùng chung, chẳng hạn như mạng LAN Ethernet. Nó gán địa chỉ vật lý cho từng thiết bị và xử lý việc truyền dữ liệu giữa các thiết bị trong cùng một mạng.

Những nhiệm vụ chính của tầng liên kết dữ liệu bao gồm:

• Đóng gói dữ liệu: Chia nhỏ dữ liệu từ tầng mạng thành các Frame để truyền tải qua đường truyền vật lý.
• Định địa chỉ vật lý: Sử dụng địa chỉ MAC để xác định nguồn và đích của dữ liệu.
• Kiểm tra lỗi: Phát hiện và sửa các lỗi phát sinh trong quá trình truyền tải dữ liệu qua môi trường vật lý.
• Quản lý truy cập phương tiện truyền thông: Đảm bảo các thiết bị truy cập môi trường chia sẻ một cách hiệu quả, tránh xung đột và tăng hiệu suất truyền dữ liệu.

Tầng liên kết dữ liệu hoạt động như cầu nối giữa tầng mạng và tầng vật lý. Nó hỗ trợ truyền dữ liệu giữa các thiết bị trên cùng một mạng nội bộ, xử lý luồng dữ liệu và các vấn đề lỗi ở mức nội mạng. Mặc dù có điểm tương đồng với tầng mạng, nhưng tầng liên kết dữ liệu tập trung vào việc truyền tải trong phạm vi mạng cục bộ, giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy trong giao tiếp giữa các thiết bị.

Physical Layer (Tầng vật lý) – Tầng 1

Tầng vật lý, hay Physical Layer, là cấp độ đầu tiên trong mô hình OSI, chịu trách nhiệm xử lý các yếu tố vật lý liên quan đến việc truyền dữ liệu. Đây là nơi dữ liệu được chuyển đổi thành các tín hiệu vật lý – một chuỗi các số 1 và 0, để có thể truyền qua các phương tiện như cáp đồng trục, cáp quang, cáp xoắn đôi hoặc sóng vô tuyến.

Tầng này không quan tâm đến nội dung của dữ liệu mà tập trung vào việc đảm bảo quá trình truyền tải diễn ra ổn định và đáng tin cậy giữa các thiết bị. Cả hai thiết bị tham gia truyền thông cần thống nhất về các tín hiệu để phân biệt giữa số 1 và 0. Tầng vật lý có những chức năng sau:

• Truyền dữ liệu: Chuyển đổi chuỗi bit thành tín hiệu vật lý để truyền qua các phương tiện truyền thông. Tầng này xác định các yếu tố như tốc độ truyền, đồng bộ hóa, kích thước dữ liệu, phạm vi tín hiệu và các thông số kỹ thuật khác.
• Điều khiển tín hiệu: Quản lý các tín hiệu như đồng bộ hóa, báo lỗi, điều chỉnh tốc độ truyền và các tín hiệu báo động khác.
• Định dạng dữ liệu: Quy định cách cấu trúc dữ liệu trong từng bit với các định dạng phổ biến như NRZ (Non-Return-to-Zero), Manchester, hoặc AMI (Alternate Mark Inversion).
• Mã hóa và giải mã: Thực hiện quá trình mã hóa tín hiệu trước khi truyền đi và giải mã chúng khi nhận về, đảm bảo dữ liệu được chuyển giao chính xác và không bị lỗi.

Mô hình OSI hoạt động theo quy trình như thế nào?

Quy trình hoạt động của mô hình OSI bao gồm việc xử lý dữ liệu từ máy gửi đến máy nhận qua 7 tầng khác nhau. Quy trình chi tiết được diễn ra như sau:

Xử lý dữ liệu từ máy gửi

• Tầng 7: Dữ liệu được truyền vào hệ thống dưới các dạng văn bản, hình ảnh, và các định dạng khác. Đây là nơi người dùng tương tác trực tiếp với hệ thống.
• Tầng 6: Thông tin từ tầng 7 được chuyển xuống tầng này, nơi dữ liệu được mã hóa và nén trước khi tiếp tục lưu trữ và xử lý.
• Tầng 5: Dữ liệu được xử lý thêm tại tầng này, nơi các thông tin như thông tin gửi/nhận được thêm vào để đảm bảo tính hợp lệ, tương tự như một bước xác nhận.
• Tầng 4: Dữ liệu được chia thành các đơn vị nhỏ hơn và bổ sung thêm thông tin về phương thức vận chuyển, giúp đảm bảo tính bảo mật.
• Tầng 3: Dữ liệu đã được chia nhỏ sẽ được phân tách thành các gói thông tin riêng lẻ và được chuyển đi theo tuyến đường đã được xác định trước.
• Tầng 2: Dữ liệu tiếp tục được chia thành các Frame nhỏ và bổ sung thêm thông tin kiểm tra, giúp máy nhận hiểu được dữ liệu khi đến nơi.
• Tầng 1: Các Frame từ tầng trên cùng được chuyển đổi thành chuỗi bit nhị phân và truyền qua các thiết bị truyền dẫn như cáp quang đến máy nhận.

Mỗi tầng trong mô hình OSI sẽ bổ sung các header tương ứng vào gói tin dữ liệu, ngoại trừ tầng 2, nơi gói tin còn có thêm FCS.

Xử lý dữ liệu ở máy nhận

• Tầng 1: Dữ liệu đến máy nhận lần đầu tiên dưới dạng chuỗi bit nhị phân, được đồng bộ hóa và lưu trữ vào vùng đệm. Sau đó, dữ liệu sẽ được chuyển lên tầng 2 Data Link với thông báo “dữ liệu đã được nhận”.
• Tầng 2: Dữ liệu được kiểm tra lỗi qua FCS trong các Frame. Nếu có lỗi, Frame sẽ bị loại bỏ. Đồng thời, địa chỉ MAC của gói tin được kiểm tra để xem có khớp với địa chỉ của máy nhận hay không. Sau khi kiểm tra thành công, các header sẽ được loại bỏ.
• Tầng 3: Tầng này kiểm tra địa chỉ của gói tin để đảm bảo chúng trùng khớp với địa chỉ của máy nhận. Sau khi xác nhận, các header của tầng Network sẽ được loại bỏ.
• Tầng 4: Dữ liệu được phục hồi và xử lý lỗi thông qua các gói tin ACK, NAK. Những gói tin này sẽ phản hồi việc truyền tải của các gói tin dữ liệu. Sau khi phục hồi, dữ liệu sẽ tiếp tục được chuyển lên Tầng 5.
• Tầng 5: Tại đây, các gói tin được kiểm tra để đảm bảo tính toàn vẹn khi truyền từ máy gửi đến máy nhận. Sau khi kiểm tra, các header của tầng 5 sẽ được loại bỏ và dữ liệu được chuyển tiếp.
• Tầng 6: Dữ liệu từ tầng 5 được chuyển đổi định dạng để phù hợp với yêu cầu của ứng dụng, rồi được chuyển lên tầng 7.
• Tầng 7: Cuối cùng, dữ liệu đến tầng Application, nơi các header còn lại được loại bỏ và quá trình nhận dữ liệu được hoàn tất.

Quy trình này giúp đảm bảo việc truyền tải dữ liệu qua mạng được thực hiện chính xác và hiệu quả, từ máy gửi đến máy nhận thông qua các bước xử lý tuần tự tại từng tầng của mô hình OSI.

Ví dụ về mô hình OSI

Để làm rõ cách truyền dữ liệu theo mô hình OSI, cùng tìm hiểu quá trình gửi một tệp văn bản từ máy tính nguồn đến máy tính đích qua mạng không dây.

• Tầng ứng dụng: Người dùng trên máy tính A muốn gửi một tệp văn bản tới máy tính B qua email. Ứng dụng email trên máy tính A sẽ chuẩn bị tệp và yêu cầu gửi qua mạng.
• Tầng trình diễn: Tại tầng này, tệp văn bản được mã hóa hoặc chuyển đổi thành định dạng chuẩn, chẳng hạn như mã hóa UTF-8, để đảm bảo rằng dữ liệu có thể hiểu được bởi máy tính B, bất kể hệ điều hành hay phần mềm sử dụng.
• Tầng phiên: Tầng này thiết lập và duy trì phiên giao tiếp giữa máy tính A và máy tính B. Nó sẽ tạo một kết nối logic giữa hai hệ thống, xác nhận trạng thái và quản lý thông tin điều khiển như việc đóng gói và quản lý lỗi.
• Tầng giao vận: Tại đây, tệp văn bản được chia thành các gói dữ liệu nhỏ hơn, gọi là segment. Mỗi segment được đánh số thứ tự, đảm bảo rằng dữ liệu sẽ được tái cấu trúc chính xác khi đến máy tính đích.
• Tầng mạng: Các segment này sẽ được gắn thông tin địa chỉ IP, xác định máy tính đích (máy tính B) và máy tính nguồn (máy tính A). Sau đó, các segment sẽ được gửi đến địa chỉ IP của máy tính B thông qua các tuyến đường mạng.
• Tầng liên kết dữ liệu: Ở tầng này, các segment được đóng gói vào các frame, với thêm thông tin địa chỉ MAC của cả máy tính nguồn và máy tính đích. Các frame sẽ được truyền qua mạng không dây, đảm bảo chúng có thể di chuyển qua các thiết bị trung gian như router và switch.
• Tầng vật lý: Tầng này chuyển đổi các frame thành tín hiệu vật lý và gửi chúng qua sóng radio trong mạng không dây. Tín hiệu được truyền qua các thiết bị mạng không dây và đến máy tính đích.

Khi tệp đến máy tính B, quá trình truyền dữ liệu sẽ được đảo ngược, với các frame nhận được, giải mã và tái cấu trúc lại thành tệp văn bản ban đầu. Đây là cách thức dữ liệu được truyền theo các tầng trong mô hình OSI, đảm bảo tính toàn vẹn và chính xác của thông tin trong suốt quá trình.

Cách để hoạt động truyền dữ liệu xảy ra trong mô hình OSI

Mô hình OSI (Open Systems Interconnection) được tạo ra để hỗ trợ giao tiếp giữa các thiết bị trong mạng mà không cần phụ thuộc vào cấu trúc cụ thể của hệ thống hay ứng dụng. Để thực hiện điều này, các giao thức và tiêu chuẩn tại mỗi tầng được thiết lập nhằm đảm bảo sự tương tác mượt mà giữa các tầng liền kề.

Quá trình truyền dữ liệu từ một ứng dụng cấp cao đến một ứng dụng khác thông qua mô hình OSI diễn ra tuần tự qua các tầng, cụ thể như sau:

• Gửi dữ liệu từ tầng ứng dụng: Dữ liệu từ tầng ứng dụng của thiết bị gửi sẽ được chuyển xuống tầng dưới để bắt đầu quá trình.
• Bổ sung tiêu đề và thông tin cần thiết: Ở mỗi tầng, dữ liệu được bổ sung thêm tiêu đề và thông tin định danh để tầng nhận biết và xử lý chính xác.
• Chuyển qua các tầng giao thức: Dữ liệu lần lượt đi qua từng tầng trong mô hình OSI, từ ứng dụng đến tầng vật lý, và được chuẩn bị để truyền qua môi trường mạng.
• Truyền trên phương tiện vật lý: Dữ liệu đã được đóng gói ở tầng cuối cùng sẽ được truyền qua các loại phương tiện như dây cáp, sóng radio hoặc cáp quang. 
• Xử lý và giải mã tại thiết bị nhận: Thiết bị nhận sẽ nhận dữ liệu tại tầng vật lý và lần lượt gửi qua từng tầng. Mỗi tầng loại bỏ phần tiêu đề tương ứng, giải mã và chuyển dữ liệu lên tầng trên. 
• Gửi tới ứng dụng ở đầu nhận: Sau khi đi qua toàn bộ các tầng, dữ liệu hoàn chỉnh được chuyển đến ứng dụng đích trên thiết bị nhận để sử dụng.

Ưu điểm và hạn chế của mô hình OSI là gì?

Khi đã hiểu rõ mô hình OSI là gì, chúng ta sẽ tìm hiểu sâu hơn về vai trò và chức năng của từng tầng. Mô hình này chia thành hai nhóm chính: tầng trên và tầng dưới, với mỗi nhóm đảm nhận các nhiệm vụ đặc thù.

• Tầng trên (Ứng dụng – Trình bày – Phiên – Vận chuyển): Các tầng trên trong mô hình OSI xử lý các khía cạnh liên quan đến ứng dụng và giao tiếp giữa người dùng cuối cùng với hệ thống. Tầng ứng dụng chính là nơi diễn ra sự tương tác giữa người dùng và phần mềm, đảm bảo rằng dữ liệu được truy cập một cách trực quan và dễ hiểu.
• Tầng dưới (Vật lý – Kết nối dữ liệu – Mạng): Nhóm tầng dưới đảm nhận nhiệm vụ liên quan đến việc truyền tải dữ liệu qua các hệ thống mạng. Những tầng như kết nối dữ liệu và vật lý được thiết kế để làm việc trực tiếp với cả phần cứng và phần mềm, nhằm đảm bảo dữ liệu được truyền đi chính xác và hiệu quả nhất.

Ưu điểm của mô hình OSI là gì?

Mô hình OSI mang đến nhiều lợi ích quan trọng trong việc thiết kế và triển khai mạng. Một số ưu điểm chính của mô hình OSI có thể kể đến như:

• Chuẩn hóa toàn cầu: Mô hình OSI, được công nhận và xác nhận bởi Tổ chức Tiêu chuẩn Hóa Quốc tế (ISO), là chuẩn mực phổ biến trên toàn cầu. Điều này giúp đảm bảo khả năng tương tác liền mạch giữa các hệ thống mạng khác nhau, dù chúng được xây dựng với các công nghệ và phần cứng khác nhau.
• Cấu trúc phân lớp rõ ràng: Một trong những ưu điểm nổi bật của mô hình OSI là việc chia quy trình giao tiếp mạng thành các lớp độc lập. Mỗi lớp đảm nhận một chức năng riêng biệt, từ đó giúp người quản lý mạng dễ dàng theo dõi và điều chỉnh các phần khác nhau của hệ thống mạng, từ những tác vụ cơ bản đến các yêu cầu phức tạp hơn.
• Tính linh hoạt: Mô hình OSI không chỉ cung cấp các giao thức cụ thể mà còn khuyến khích phát triển các giao thức và ứng dụng mới. Điều này tạo ra một nền tảng linh hoạt cho sự đổi mới và nâng cấp hệ thống mạng, đồng thời đảm bảo rằng các công nghệ mới có thể tích hợp một cách dễ dàng.
• Dễ tiếp cận và học hỏi: Cấu trúc phân lớp của mô hình OSI giúp người học và các chuyên gia dễ dàng hiểu và áp dụng. Các tầng được định nghĩa rõ ràng, giúp quá trình học hỏi trở nên mạch lạc và dễ tiếp cận, đặc biệt đối với những người mới bắt đầu tìm hiểu về mạng máy tính.

Hạn chế của mô hình OSI là gì?

Mặc dù mô hình OSI mang lại nhiều ưu điểm trong việc chuẩn hóa các giao thức mạng, nhưng vẫn tồn tại một số nhược điểm cần lưu ý:

• Phức tạp và tốn kém: Mô hình OSI với 7 tầng có thể gây khó khăn trong việc triển khai, đặc biệt là với các hệ thống mạng nhỏ hoặc đơn giản. Việc triển khai đầy đủ các tầng này không chỉ phức tạp mà còn có thể tốn kém tài nguyên, khiến cho mô hình này không phù hợp với những mạng không yêu cầu sự phức tạp cao.
• Không phù hợp với thực tế: Dù được xây dựng dựa trên lý thuyết, mô hình OSI lại không hoàn toàn phù hợp với các tình huống thực tế của các mạng hiện nay. Các mô hình khác như TCP/IP được sử dụng rộng rãi hơn nhờ vào tính thực tế và sự đơn giản trong việc triển khai.
• Thiếu sự tương thích: Mặc dù mô hình OSI cung cấp các giao thức tiêu chuẩn, việc triển khai thực tế lại có thể dẫn đến sự không tương thích giữa các thiết bị và hệ thống đến từ các nhà cung cấp khác nhau. Điều này có thể gây khó khăn trong việc tích hợp các hệ thống đa dạng và làm giảm hiệu quả hoạt động của mạng.

Lựa chọn thay thế cho mô hình OSI

Mô hình TCP/IP được xem là sự thay thế chính thức cho mô hình OSI trong việc mô tả quá trình mạng hoạt động. Mặc dù mô hình OSI vẫn được sử dụng rộng rãi trong giảng dạy và nghiên cứu, nhưng thực tế, TCP/IP đã trở thành tiêu chuẩn phổ biến hơn trong các ứng dụng thực tế. TCP/IP model bao gồm 4 lớp chính sau:

• Lớp Mạng
• Lớp giao vận
• Lớp Internet
• Lớp ứng dụng

Mặc dù một số lớp trong mô hình TCP/IP có cấu trúc tương tự với mô hình OSI, nhưng vẫn tồn tại những sự khác biệt đáng chú ý. Mô hình TCP/IP thường được đánh giá là chính xác hơn khi mô phỏng cấu trúc và giao thức của Internet, nhờ vào tính đơn giản và khả năng thực thi cao trong môi trường mạng hiện đại.

Lưu ý quan trọng về mô hình độc quyền và giao thức

Lưu ý rằng không phải tất cả các hệ thống và ứng dụng trên Internet đều áp dụng giao thức TCP/IP hoặc mô hình OSI. Cả hai đều là các tiêu chuẩn mở, được phát triển để sử dụng rộng rãi và có thể cải tiến. Tuy nhiên, vẫn còn tồn tại những giao thức và mô hình độc quyền, do các tổ chức phát triển và áp dụng trong các hệ thống nội bộ của họ.

So sánh chi tiết hai mô hình OSI và TCP/IP 

Trong thực tế, hai mô hình OSI và TCP/IP bổ trợ cho nhau khá tốt. OSI giúp bạn hiểu sâu về lý thuyết và nguyên lý hoạt động, còn TCP/IP lại đem đến giải pháp thực tế cho việc kết nối Internet toàn cầu. Hiểu và phân biệt được điểm giống cũng như khác nhau của hai mô hình này sẽ giúp các kỹ sư mạng có cái nhìn toàn diện về cách thức vận hành của hệ thống mạng hiện đại.

Điểm giống nhau giữa mô hình OSI và TCP/IP 

Cả mô hình OSI và TCP/IP đều sử dụng cấu trúc phân lớp trong thiết kế của chúng, giúp tạo ra một tổ chức hệ thống rõ ràng để mô tả và thực thi các chức năng mạng. Cả hai mô hình đều có các lớp Network và Transport. Lớp Network chịu trách nhiệm về việc định tuyến và chuyển tiếp gói dữ liệu qua mạng, trong khi lớp Transport đảm bảo việc truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị.

Cả OSI và TCP/IP đều áp dụng kỹ thuật chuyển gói, trong đó dữ liệu được chia thành các gói nhỏ để truyền tải, sau đó tái tạo lại ở điểm đến. Kỹ thuật này giúp tối ưu hiệu suất và đảm bảo tính tin cậy trong quá trình truyền dữ liệu.

Điểm khác nhau giữa mô hình OSI và TCP/IP 

Điểm khác biệt chính giữa chúng là mô hình OSI chủ yếu mang tính lý thuyết, được xây dựng để làm tiêu chuẩn tham chiếu chứ không áp dụng trực tiếp vào thực tế. Ngược lại, TCP/IP lại đóng vai trò nền tảng trong các mạng máy tính hiện đại, được sử dụng rộng rãi để thiết lập kết nối và đảm bảo việc trao đổi dữ liệu hiệu quả trên môi trường mạng. Ngoài ra, hai  mô hình này còn có những điểm khác biệt như sau:

Các ứng dụng của mô hình OSI

Mô hình OSI là một khung tham chiếu quan trọng trong việc thiết kế và quản lý các hệ thống mạng. Với việc xác định các tầng và giao thức mà các hệ thống có thể sử dụng để giao tiếp với nhau, mô hình này đóng vai trò then chốt trong nhiều ứng dụng thực tiễn. Dưới đây là một số ứng dụng nổi bật của mô hình OSI:

• Giải quyết sự cố và định vị: Mô hình OSI giúp việc xác định và khắc phục sự cố mạng trở nên dễ dàng hơn. Khi mạng gặp sự cố, các quản trị viên có thể dựa vào từng tầng trong mô hình để tìm ra vấn đề và thực hiện các biện pháp khắc phục hiệu quả.
• Phát triển và triển khai giao thức mạng: Mô hình OSI là cơ sở chuẩn mực để phát triển và triển khai các giao thức mạng. Bằng cách phân chia các giao thức thành các tầng riêng biệt, mô hình giúp đơn giản hóa quá trình phát triển và áp dụng các giao thức mới.
• Hỗ trợ quản lý mạng: Với sự phân tầng rõ ràng, mô hình OSI giúp các quản trị viên dễ dàng theo dõi và quản lý hoạt động của mạng, từ đó nâng cao hiệu quả quản lý và giám sát mạng.
• Tăng cường bảo mật: Các lớp bảo mật trong mô hình OSI giúp tăng cường an ninh cho mạng. Đồng thời, hỗ trợ kiểm soát quyền truy cập và bảo vệ các tài nguyên mạng khỏi những mối đe dọa tiềm ẩn.

Câu hỏi thường gặp về mô hình OSI là gì?

Lý do mô hình OSI trở nên quan trọng đối với mạng máy tính là gì?

Mô hình OSI đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong mạng máy tính, và dưới đây là những lý do chính:

• Tiêu chuẩn toàn cầu: Mô hình OSI được công nhận là một chuẩn mực quốc tế, đảm bảo tính tương thích và khả năng kết nối giữa các hệ thống mạng khác nhau trên thế giới.
• Phân chia chức năng rõ ràng: Mô hình OSI chia quá trình giao tiếp mạng thành các tầng độc lập, giúp việc quản lý và kiểm soát các khía cạnh khác nhau của mạng trở nên đơn giản hơn.
• Hỗ trợ thiết kế và triển khai mạng: Mô hình OSI cung cấp một cấu trúc rõ ràng, hỗ trợ quá trình thiết kế và triển khai hệ thống mạng. Nó giúp định hướng quy trình và đảm bảo sự tương tác hiệu quả giữa các tầng mạng.

Tầng nào trong OSI model chịu trách nhiệm về việc định tuyến?

Trong mô hình OSI, trách nhiệm về định tuyến chủ yếu thuộc về tầng Mạng (Network Layer). Tầng này đảm nhận việc điều phối dữ liệu giữa các mạng và xác định các tuyến đường tối ưu, giúp gói tin di chuyển từ nguồn đến đích thông qua các thiết bị mạng một cách hiệu quả.

Các giao thức được sử dụng trong tầng Ứng dụng của mô hình OSI là gì?

Trong tầng Ứng dụng của mô hình OSI, một loạt các giao thức được sử dụng để hỗ trợ các dịch vụ và ứng dụng mà người dùng tương tác trực tiếp. Các giao thức quan trọng trong tầng này bao gồm:

• HTTP (Hypertext Transfer Protocol): Cung cấp khả năng truy cập và truyền tải các trang web trên Internet.
• FTP (File Transfer Protocol): Hỗ trợ việc chuyển tải các tệp tin giữa các máy tính trong mạng.
• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Được sử dụng để gửi và nhận email.
• DNS (Domain Name System): Giúp chuyển đổi tên miền thành địa chỉ IP và ngược lại, giúp định vị các tài nguyên trên mạng.

Mô hình OSI với 7 tầng giao thức đã trở thành nền tảng cho sự phát triển của Internet và công nghệ mạng hiện đại. Dù không còn được áp dụng nghiêm ngặt như ban đầu, nhưng các nguyên tắc của mô hình OSI vẫn là kim chỉ nam cho việc thiết kế và vận hành hệ thống mạng. Để xây dựng một hệ thống mạng mạnh mẽ, ổn định, bạn cần việc áp dụng đúng các nguyên tắc của mô hình OSI là chưa đủ, bạn cần một hạ tầng hosting chất lượng cao. MONA Host chính là giải pháp tối ưu, mang đến cho bạn nền tảng hạ tầng mạnh mẽ với tốc độ vượt trội và bảo mật hàng đầu thị trường. Hãy để MONA Host đồng hành cùng bạn trong việc tối ưu hóa hiệu suất website và đảm bảo trải nghiệm người dùng luôn hoàn hảo.

Võ Nguyên Thoại

Co-founder/CTO Mona Host tại MONA.Host

Kết nối với mình qua

Mình là Võ Nguyên Thoại, hiện tại đang là Co-founder và CTO của MONA Host - công ty chuyên cung cấp các dịch vụ cloud hosting, vps và hạ tầng thuộc phân khúc cao cấp tại thị trường Việt Nam, đồng thời cũng là Group CTO của The MONA, công ty chủ quản của MONA Media, MONA Software và MONA Host, với hệ sinh thái đầy đủ và hoàn chỉnh để phát triển doanh nghiệp trên môi trường internet.

Với kinh nghiệm làm việc chuyên sâu hơn 15 năm trong lĩnh vực CNTT, trải dài từ mảng hạ tầng, hệ thống, phát triển phần mềm và devops, Thoại mong muốn đóng góp các kinh nghiệm và kiến thức của mình tại Mona để xây dựng một hạ tầng CNTT với các trải nghiệm mới, cao cấp hơn, mượt mà hơn, tin cậy hơn và xoá bỏ khoảng cách giữa các doanh nghiệp và công cuộc chuyển đổi số với đội ngũ chuyên viên kỹ thuật cao luôn hỗ trợ khách hàng 24/7.

Hy vọng với những kiến thức, hiểu biết Thoại chia sẻ sẽ hữu ích đến các bạn độc giả quan tâm!