Mạng máy tính Mô Hình OSI

Mạng máy tính Mô Hình OSI Mô hình OSI phân chia chức năng của một giao thức ra thành một chuỗi các tầng cấp. Mỗi một tầng cấp có một đặc tính là nó chỉ sử dụng chức năng của tầng dưới nó, đồng thời chỉ cho phép tầng trên sử dụng các chức năng của mình. 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 thể được 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 mềm.

CHƯƠNG 2:

KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG VÀ MÔ HÌNH OSI

BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VĨNH LONG

GIỚI THIỆU

 Kiến trúc phân tầng

 Mô hình OSI và thuật ngữ

 Các tổ chức chuẩn hóa mạng máy tính

 Kiến trúc mạng riêng của công ty

 So sánh kiến trúc phân tầng với một số kiến trúc khác

KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG VÀ MÔ HÌNH OSI

MỤC TIÊU:

 Trình bày được các khái niệm về kiến trúc phân tầng

 Trình bày được khái niệm và cấu trúc của các lớp trong mô hình OSI

 Nắm được nguyên tắc hoạt động và chức năng của từng lớp trong mô hình

KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG VÀ MÔ HÌNH OSI

Mục đích của phân tầng

I KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG

 Giảm độ phức tạp của việc thiết kế và cài đặt

Tầm quan trọng của phân tầng

I KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG

 Cung cấp sự hiểu biết sâu sắc về các thành phần các giao thức khác nhau

 Thuận tiện cho việc thiết kế và cài đặt các phần mềm truyền thông

 Mỗi tầng thực hiện một số chức năng xác định và cung cấp một số dịch vụ

nhất định cho tầng cao hơn

Một số nguyên tắc của kiến trúc phân tầng

I KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG

 Mỗi hệ thống trong một mạng đều có cấu trúc tầng như nhau (số lượng

tầng, chức năng của mỗi tầng)

 Dữ liệu không được truyền trực tiếp từ tầng thứ i của hệ thống này sang

tầng thứ i của hệ thống khác

 Tạo ranh giới giữa 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 được tách biệt với nhau

và các tầng sử dụng các loại công nghệ khác nhau cũng được tách biệt

 Các chức năng giống nhau phải đặt vào cùng một tầng

Các vấn đề cần phải giải quyết khi thiết kế các tầng

I KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG

 Cơ chế nối, tách

 Các quy tắc truyền dữ liệu (simplex, full-duplex, half-duplex)

 Kiểm soát lỗi

 Độ dài bản tin

 Thứ tự các gói tin

 Tốc độ phát và thu dữ liệu

Các tổ chức thực hiện chuẩn hóa mạng máy tính

I KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG

 ISO (International Organization For Standardization)

Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế hoạt động dưới sự bảo trợ của Liên hợp

quốc Thành viên của ISO là các cơ quan tiêu chuẩn hóa của các quốc gia

 CCITT(Commite Consultatif International pour Telegraphe et Telephone)

Tổ chức tư vấn quốc tế về điện tín và điện thoại cũng hoạt động dưới sự bảo

trợ của Liên hợp quốc Thành viên của CCITT là các cơ quan bưu chính viễn

thông của các quốc gia hoặc tư nhân

Các tổ chức thực hiện chuẩn hóa mạng máy tính

I KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG

 ECMA (Eoripean Computer Manuafactures Association)

Tổ chức chế tạo máy tính của Châu Âu

 ANSI (Ameracan National Standards Institute)

Viện tiêu chuẩn quốc gia của Mỹ

 IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)

Viện công nghệ điện và điện tử

Một số khái niệm cơ bản

I KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG

 Tầng (Layer):

 Mọi quá trình trao đổi thông tin giữa hai đối tượng đều thực hiện quanhiều bước, các bước này độc lập tương đối với nhau

 Thông tin trao đổi giữa hai đối tượng qua 3 giai đoạn:

1 Phát tin: Thông tin chuyển từ tầng cao => tầng thấp

2 Nhận tin: Thông tin chuyển từ tầng thấp => tầng cao

3 Quá trình trao đổi thông tin trực tiếp qua đường truyền vật lý (thực

hiện ở tầng cuối cùng)

Một số khái niệm cơ bản

I KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG

Giao diện, dịch vụ, đơn vị dữ liệu

 Mối quan hệ giữa hai tầng kề nhau gọi là giao diện

 Mối quan hệ giữa hai tầng đồng mức của hai hệ thống khác nhau gọi là

giao thức

 Đơn vị dữ liệu sử dụng giao thức (Protocol Data Unit - PDU)

 Đơn vị dữ liệu dịch vụ (Service Data Unit - SDU)

 Thông tin điều khiển (Protocol Control Information - PCI)

 Thực thể (entity): Thực thể được chia làm hai loại

Thực thể cung cấp dịch vụ (service provide)Thực thể sử dụng dịch vụ (service user)

Một số khái niệm cơ bản

I KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG

Quá trình tạo thành các PDU

 Dữ liệu ở tầng N-1 nhận được do tầng N truyền xuống gọi là SDU

 Phần thông tin điều khiển của mỗi tầng gọi là PCI

 Ở tầng N-1 phần thông tin điều khiển PCI thêm vào đầu của SDU tạo thành

PDU Nếu SDU quá dài thì cắt nhỏ thành nhiều đoạn, mỗi đoạn bổ sungphần PCI, tạo thành nhiều PDU

Hàm nguyên thủy

I KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG

Các dịch vụ thường được xác định bằng tập hợp một số hàm nguyên thủy

(primitive) dùng cho phép một người sử dụng dịch vụ có thể gọi chúng để

truy nhập dịch vụ

Request (Yêu cầu) Người sử dụng dịch vụ dùng để gọi một chức năng.

Indication (Chỉ báo)

Người cung cấp dịch vụ dùng để gọi một chức năng hoặc chỉ báomột chức năng đã được gọi tại SAP

Người cung cấp dịch vụ dùng để thông tin về một yêu cầu màngười sử dụng dịch vụ đã gọi trước đó

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hàm nguyên thủy

I KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG

SERVICE PROVIDER

Indication

ResponseConfirm

Request

1 Request (yêu cầu) 2 Indication (chỉ báo)

3 Response(trả lời) 4 Confirm(xác nhận)

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hàm nguyên thủy

I KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG

Trong sơ đồ bên dưới là qui trình thực hiện một giao thức giữa hai hệ thống A và B:

Tầng (N+1) của A gửi xuống tầng (N) kề dưới nó 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 bằnghàm Indication

Phương thức hoạt động

I KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG

 Dịch vụ định hướng liên kết: là dịch vụ theo mô hình điện thoại, trước khi

truyền dữ liệu cần thiết lập một liên kết logic giữa các thực thể đồng mức

 Dịch vụ không liên kết: không cần phải thiết lập liên kết logic và một đơn vị

dữ liệu được truyền là độc lập với các đơn vị dữ liệu trước hoặc sau nó.Loại dịch vụ này theo mô hình bưu điện: mỗi bản tin hay mỗi bức thư cần cómột địa chỉ cụ thể bên nhận

 Thiết lập liên kết (logic) - CONNECT

 Truyền dữ liệu - DATA

 Huỷ bỏ liên kết (logic) - DISCONNECT

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hàm nguyên thủy

I KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG

SERVICE PROVIDER

Connect.Request

Indication

ResponseConfirm Data Request

1 Request (yêu cầu) 2 Indication (chỉ báo)

3 Response(trả lời) 4 Confirm(xác nhận)

Hàm nguyên thủy và phương thức hoạt động

I KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG

Trong thực tế loại dịch vụ connect luôn luôn là có xác nhận, còn các loại

dịch vụ DATA là không xác nhận hoặc có xác nhận

1 CONNECT.Request Yêu cầu thiết lập liên kết

2 CONNECT.Indication Báo cho thực thể bị gọi

3 CONNECT.Response Đồng ý hay không đồng ý

4 CONNECT.Confirm Xác nhận với bên gọi việc kết nối có được chấp

nhận hay không

5 DATA.Request Bên gọi yêu cầu truyền dữ liệu

6 DATA.Indication Báo cho bên nhân biết là dữ liệu sẽ đến

7 DISCONNECT.Request Yêu cầu hủy bỏ liên kết

8 DISCONNECT.Indication Báo cho bên nhận

Phương thức hoạt động dựa trên hàm nguyên thủy

5 A nói chuyện với B

6 B nghe thấy A nói

VẤN ĐỀ NẢY SINH NẾU KHÔNG CHUẨN HÓA

 Không thống nhất về kiến trúc giữa các hệ thống mạng cục bộ, mạng diện rộng

 Mỗi mạng theo một chuẩn riêng: SNA, DECNET, OSI, TCP/IP

 Không thống nhất về giao thức giữa các mạng

 Cần có mô hình chuẩn hóa

 Mô hình OSI (Open System Interconnection)

 Mô hình TCP/IP (Internet Protocol Suite)

Giới thiệu về mô hình OSI

II MÔ HÌNH OSI

 Mô hình OSI (Open System Interconnection - Mô hình kết nối các hệ thốngmở) là một cơ sở cho việc chuẩn hóa các hệ thống truyền thông, nó đượcnghiên cứu và xây dựng bởi ISO (International Organization forStandardization)

 Để các máy tính/thiết bị mạng có thể truyền thông được với nhau, phải cónhững quy tắc giao tiếp được các bên chấp nhận và phải được định nghĩa

rõ ràng

 1971, OSI với mục tiêu nhằm tới việc nối kết các sản phẩm của các hãngsản xuất khác nhau và phối hợp các hoạt động chuẩn hóa trong lĩnh vựcviễn thông và hệ thống thông tin => OSI (1984)

II MÔ HÌNH OSI

II MÔ HÌNH OSI

Các ứng dụng mạng: Email, web,chat, …

Giao tiếp qua mạng

Định dạng, biểu diễn dữ liệu,encryption

Thiết lập session, security, …

Đảm bảo truyền, nhận đúng dữ liệu

Quản lý địa chỉ, tìm đường, truyềnnhận các packet

Truyền nhận frame, kiểm tra, sửa lỗiKết nối vật lý, truyền các bít dữ liệu

II MÔ HÌNH OSILuồng dữ liệu trong mô hình OSI

Tiến trình đóng gói tại trạm gửi Tiến trình mở gói tại trạm nhận

Đường truyền vật lý

 Hướng phát triển hiện nay:

 Truyền tin bằng cáp quang, vệ tinh

 Hệ thống nối kết nhanh (Fast Connect)

 Mạng thông tin số đa dịch vụ

B Môi trường truyền tin

II.1 TẦNG VẬT LÝ

Phương tiện truyền

 Để đảm bảo về tốc độ và hệ thống ổn định cần phải:

 Tốc độ truyền lớn nhất của hệ thống cáp hiện tại

 Nhu cầu về tốc độ truyền trong tương lai (5-10 năm)

 Chọn loại cáp đang có trên thị trường

 Chi phí để lắp đặt thêm cáp dự phòng

Hệ thống mở được nối với nhau bằng cáp đồng và cáp quang

B Môi trường truyền tin

II.1 TẦNG VẬT LÝ

Phương tiện truyền

B Môi trường truyền tin

II.1 TẦNG VẬT LÝ

Các thông số cơ bản

 Độ suy giảm (suy hao):

Tín hiệu trên đường truyền bị suy giảm trong quá trình truyền tin(Đơn vị tính: DECIBEL) => Bộ khuyếch đại

 Độ nhiễuĐiện từ trong môi trường truyền tin gây nhiễu cho các tín hiệu mang thôngtin => Bộ lọc nhiễu

 Tốc độ truyền: bit/s

C Chuẩn cho giao diện vật lý

II.1 TẦNG VẬT LÝ

Modem:

Là bộ điều chế và giải điều chế biến đổi các tín hiệu số thành tín hiệu tương

tự và ngược lại trên mạng điện thoại

Các phương thức truyền dữ liệu giữa 2 điểm:

 Một chiều – Simplex

 Hai chiều luân phiên – Half dumplex

 Hai chiều đầy đủ - Duplex

C Chuẩn cho giao diện vật lý

II.1 TẦNG VẬT LÝ

Chuẩn RS-232C:

Được phát triển để truyền tin giữa các thiết bị đầu cuối dữ liệu (Các cổngCOM1, COM2 trên máy tính) Ghép nối các thiết bị ngoại vi với máy tính

A Vai trò và chức năng

II.2 TẦNG LIÊN KẾT DỮ LIỆU

 Cung cấp các phương tiện để truyền thông tin qua liên kết vật lý đảm bảotin cậy thông qua các cơ chế đồng bộ hóa, kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng

B Các vấn đề của tầng liên kết dữ liệu

II.2 TẦNG LIÊN KẾT DỮ LIỆU

 Cung cấp dịch vụ cho tầng mạng

 Khung tin – nhận biết gói tin

 Kiểm tra lỗi

 Điều khiển luồng dữ liệu

 Quản lý liên kết

 Nén dữ liệu khi truyền

Khung tin – nhận biết gói tin

B Các vấn đề của tầng liên kết dữ liệu

 Tầng LKDL sẽ sử dụng dịch vụ từ tầng vật lý (tầng vật lý tiếp nhận cácdòng bit) => dòng bit có thể xảy ra lỗi => LKDL sẽ kiểm tra và sửa lỗi

 Tầng LKDL tách dòng bit thành các khung tin (frame) và tính thông sốkiểm tra tổng (checksum) cho mỗi khung tin cậy

 Các phương pháp kiểm tra:

 Đếm số ký tự: Hiện nay ít được dùng, vì từ đếm cũng bị lỗi khitruyền

 Dùng ký tự bắt đầu (STX) và kết thúc (ETX) với ký tự đệm (DLE)

 Dùng các cờ (flags) đánh dấu bắt đầu và kết thúc với các bit đệm

Kiểm tra lỗi

B Các vấn đề của tầng liên kết dữ liệu

Cách kiểm tra lỗi trong quá trình truyền:

 Dùng thông số trả lời có báo nhận (ACK) hoặc không báo nhận (NAK)

 Dùng bộ định thời gian

 Dùng phương pháp đánh số thứ tự các khung (frame) được gửi đi

Điều khiển luồng dữ liệu

B Các vấn đề của tầng liên kết dữ liệu

Trong quá trình truyền tin, tốc độ bên phát nhanh hơn bên nhận thì xảy rahiện tượng mất tin do không nhận kịp

Quản lý liên kết

Quản lý các kết nối như tách, nối, đánh số khung, bắt đầu lại khi lỗi,…

Nén dữ liệu khi truyền

Nén dữ liệu sẽ thay thế các thông tin lặp lại bằng một ký hiệu hay đoạn mã

để rút ngắn độ dài của tập tin

C Phát hiện và hiệu chỉnh lỗi

II.2 TẦNG LIÊN KẾT DỮ LIỆU

Phương pháp xử lý lỗi chia ra 2 nhóm:

 Phát hiện và thông báo cho bên phát biết để phát lại tin

 Phát hiện lỗi và tự sửa

Phương pháp xử lý lỗi thông dụng:

 Phương pháp bit chẵn lẻ (Parity)

 Tính theo đa thức chuẩn

 Mã sửa sai

D Thủ tục liên kết dữ liệu cơ bản

II.2 TẦNG LIÊN KẾT DỮ LIỆU

Để truyền tin có độ tin cậy cao ta dùng dịch vụ liên kết

 Giao thức đơn công với kênh không lỗi và không chờ

 Giao thức đơn công với kênh không lỗi và phải chờ

II.2 TẦNG LIÊN KẾT DỮ LIỆU

E Các giao thức

Giao thức BSC/Basic mode:

 Họ giao thức này áp dụng cho trường hợp điểm-điểm, hoặc điểm-nhiều điểm vàhai chiều luân phiên; sử dụng các ký tự đặc biệt của bộ mã EBCDIC (đối vớiBSC) và ASCII (đối với Basic Mode)

 Các thủ tục chính của BSC/Basic Mode:

Mời truyền tin: EOT B ENQ (Giả sử trạm A muốn mời trạm B truyền tin) Trongđó: B là địa chỉ của trạm được mời truyền tin, EOT để chuyển liên kết sangtrạng thái điều khiển

Mời nhận tin: A sẽ gửi lệnh tương tự như trên tới B

Yêu cầu trả lời: gửi lệnh ENQ cho trạm kia

Ngừng truyền tin (tạm thời): gửi lệnh EOT

II.2 TẦNG LIÊN KẾT DỮ LIỆU

E Các giao thức

Giao thức HDLC: HDLC hỗ trợ 3 chế độ trao đổi số liệu

 NRM (Normal Response Mode) = chế độ trả lời bình thường: được sử dụng ởcấu hình không cân đối, S chỉ phát khi có yêu cầu của P

 ARM (Asynchronous Response Mode) = chế độ trả lời không đồng bộ: được sửdụng ở cấu hình không cân đối, cho phép S phát không cần nhận được yêu cầucủa P

 ABM (Asynchronous Balanced Mode) = chế độ trả lời không đồng bộ ở cấu hìnhcân đối; hầu như chỉ được sử dụng trong mạng kết nối point-to-point + full-duplex.Hai thiết bị trao đổi với nhau là bình đẳng về chức năng (P và S)

II.2 TẦNG LIÊN KẾT DỮ LIỆU

E Các giao thức

Phân thành 2 loại: Giao thức dị bộ - Giao thức đồng bộ

 Giao thức đồng bộ: chia thành hai nhóm là hướng ký tự

(Character-Oriented) và hướng bit (Bit-Oriented) Cần đồng bộhoá ở 2 mức vật lý (người gửi – người nhận) và liên kết dữ liệu(người sử dụng các “cờ” và thông tin điều khiển)

 Giao thức dị bộ: vì không cần có sự đồng bộ liên tục giữa người

gửi và người nhận tin Nó cho phép một ký tự dữ liệu được truyền

đi bất kỳ lúc nào mà không cần quan tâm đến các tín hiệu đồng bộtrước đó

A Vai trò và chức năng

II.3 TẦNG MẠNG – NETWORK LAYER

 Kết nối các mạng với nhau bằng cách tìm đường (routing) cho các gói tin

từ mạng này đến mạng khác Thực hiện chuyển hướng, vạch đường

 Thiết lập, duy trì và giải phóng các liên kết

 Chuyển tiếp gói dữ liệu

Định địa chỉ cho tầng mạng

II.3 TẦNG MẠNG – NETWORK LAYER

Sử dụng các kiểu địa chỉ bổ sung sau:

 Địa chỉ mạng logic (Logical Network Address): Định tuyến, định danh cácgói tin theo các mạng cụ thể trên liên mạng

 Địa chỉ dịch vụ (Service Address): Định tuyến các gói tin theo các tiếntrình cụ thể đang chạy trên thiết bị đích

 Địa chỉ mạng vật lý (MAC Address): Định danh một thiết bị cụ thể dướidạng một nguồn hay đích của một khung

Dịch vụ cung cấp

II.3 TẦNG MẠNG – NETWORK LAYER

Vấn đề Dịch vụ có liên kết Dịch vụ không liên kết

Tổ chức các kênh truyền tin

Tìm đường đi trong mạng

B CÁC VẤN ĐỀ CỦA TẦNG MẠNG

Thuật toán tìm đường đi là quá trình để quyết định chọn đường ra khỏi nútmạng nhằm gửi gói tin đi tiếp tới nút khác

Yêu cầu của thuật toán tìm đường:

 Chính xác, ổn định, đơn giản và tối ưu

 Thuật toán tìm đường phải có khả năng cập nhật lại cấu hình và đường vậnchuyển để không phải khởi động lại mạng khi có một nút mạng hỏng hoặcphải dừng hoạt động

Các thuật toán phải chia thành 2 nhóm:

 Nhóm không thích nghi (non adaptive)

 Nhóm thích nghi (adaptive)

Tắc nghẽn trong mạng

B CÁC VẤN ĐỀ CỦA TẦNG MẠNG

Các khái niệm:

 Hiện tượng tắc nghẽn (congestion): lưu lượng đến mạng tăng lên, thông

lượng vận chuyển của mạng lại giảm đi

 Deadlock: tình trạng tắc nghẽn trầm trọng đến mức mạng bị nghẽn hoàn

toàn, thông lượng vận chuyển của mạng giảm xuống bằng không

Biểu hiện của tắc nghẽn:

Thời gian khứ hồi (RTT) tăng cao bất thường

 Cung cấp đủ bộ đệm ở đầu vào và ra của các đường truyền.

 Quản lý bộ đệm hợp lý, có thể loại bỏ sớm (RED)

 Hạn chế lưu lượng đến ngay ở đầu vào của toàn bộ hệ thống

 Điều khiển lưu lượng