Mô hình OSI-TCP/IP

Mô hình OSI-TCP/IP Open System Interconnection * Phân tích các lớp mạng một số câu hỏi như sau : Cái gì sẽ được lưu chuyển Đối tựơng lưu chuyển là gì Lưu chuyển trên môi trường nào Lưu chuyển dựa trên những luật nào MỘT SỐ CÂU HỎI KHI QUAN TÂM ĐẾN CÁC LỚP MẠNG * * * Mô hình OSI (open system interconection) Lợi ích của mô hình OSI Giảm độ phức tạp, chia nhỏ các giao tiếp mạng cho để quản lý Chuẩn hoá các thành phần mạng cho nhiều công ty phát triển và ủng hộ Dễ dàng cho việc kết nối về kỹ thuật (cho phép nhiều thiết bị khác nhau và phầm mềm khác nhau co thể kêt nối dễ dàng) Đảm bảo cơ sở cho từng tầng phát triển riêng biệt ,không cho việc thay đổi kỹ thuật của tầng này làm thay đổi tầng khác Tăng tốc độ phát triển của mạng máy tính Đơn gian hoá việc dạy và học * * * Mô hình OSI 7 application 6 Presentation 5 Session 4 Transport 3 Network 2 Datalink 1 Physical 7 application 6 Presentation 5 Session 4 Transport 3 Network 2 Datalink 1 Physical Truyền nhị phân (bit) Dây cáp, các thiết bị kết nối, điện thế, tốc độ truyền.. Các mô hình đi dây mạng Điều khiển kết nối trực tiếp và truy xuất thiết bị Đảm bảo truyền dữ liệu tin cậy trên thiết bị truyền dẫn Đánh địa chỉ vật lý, các hình dạng của mạng, báo lổi, và điều khiển dòng Đánh Địa chỉ mạng logic và xác định đường đi cho gói tin Các phương pháp chuyển mạnh gói… Kết nối bên trong host Thiết lập , điều khiển và ngắt các phiên làm việc giữa các ứng dụng Biểu diễn dữ liệu Đảm bảo dữ liệu có thể nhận ra(đọc được ) tại hệ thống nhận Định dạng dữ liệu Cấu trúc dữ liệu Qui định các cú pháp cho tầng ứng dụng Xử lý mạng cho các ứng dụng Cung cấp những dịch vụ mạng cho các xử lý ứng dụng (như mail, truyền file, truy nhập từ xa) Đảm bảo kết nối đến đích Quan tâm đến việc truyền dẫn giữa các host Truyền dữ liệu tin cậy Thiết lập duy trì và huỷ các kết nối Kiểm tra lổi và điều khiển dòng phục hồi thông tin * Tầng 1: Tầng vật lý (Physical Layer) Tầng vật lý định nghĩa tất cả các đặc tả về điện và vật lý cho các thiết bị. Trong đó bao gồm bố trí của các chân cắm (pin), các hiệu điện thế, và các đặc tả về cáp nối (cable). Các thiết bị tầng vật lý bao gồm Hub, bộ lặp (repeater), thiết bị tiếp hợp mạng (network adapter) và thiết bị tiếp hợp kênh máy chủ (Host Bus Adapter)- (HBA dùng trong mạng lưu trữ (Storage Area Network)). Chức năng và dịch vụ căn bản được thực hiện bởi tầng vật lý bao gồm: Thiết lập hoặc ngắt mạch kết nối điện (electrical connection) với một phương tiện truyền thông (transmission medium). Tham gia vào quy trình mà trong đó các tài nguyên truyền thông được chia xẻ hiệu quả giữa nhiều người dùng. Chẳng hạn giải quyết tranh chấp tài nguyên (contention) và điều khiển lưu lượng. Điều biến (modulation), hoặc biến đổi giữa biểu diễn dữ liệu số (digital data) của các thiết bị người dùng và các tín hiệu tương ứng được truyền qua kênh truyền thông (communication channel). Cáp (bus) SCSI song song hoạt động ở tầng cấp này. Nhiều tiêu chuẩn khác nhau của Ethernet dành cho tầng vật lý cũng nằm trong tầng này; Ethernet nhập tầng vật lý với tầng liên kết dữ liệu vào làm một. Điều tương tự cũng xảy ra đối với các mạng cục bộ như Token ring, FDDI và IEEE 802.11. * Tầng 1: Tầng vật lý (Physical Layer) Chức năng Chuyển dòng bit thô qua phương tiện truyền dẫn Đảm bảo bên nhận hiểu đúng dữ liệu được truyền Để đảm bảo chức năng tầng vật lý đặt ra Cấu trúc vật ly của mạng theo kiểu gì Các đặt tả về khía cạnh cơ, điện để dùng phương tiện truyền dẫn Mã hóa và định thời gian cho việc truyền bít * Tầng 2: Tầng liên kết dữ liệu (Data Link Layer) Tầng liên kết dữ liệu cung cấp các phương tiện có tính chức năng và quy trình để truyền dữ liệu giữa các thực thể mạng, phát hiện và có thể sửa chữa các lỗi trong tầng vật lý nếu có. Cách đánh địa chỉ mang tính vật lý, nghĩa là địa chỉ (địa chỉ MAC) được mã hóa cứng vào trong các thẻ mạng (network card) khi chúng được sản xuất. Hệ thống xác định địa chỉ này không có đẳng cấp (flat scheme). Chú ý: Ví dụ điển hình nhất là Ethernet. Những ví dụ khác về các giao thức liên kết dữ liệu (data link protocol) là các giao thức HDLC; ADCCP dành cho các mạng điểm-tới-điểm hoặc mạng chuyển mạch gói (packet-switched networks) và giao thức Aloha cho các mạng cục bộ. Trong các mạng cục bộ theo tiêu chuẩn IEEE 802, và một số mạng theo tiêu chuẩn khác, chẳng hạn FDDI, tầng liên kết dữ liệu có thể được chia ra thành 2 tầng con: tầng MAC (Media Access Control - Điều khiển Truy nhập Đường truyền) và tầng LLC (Logical Link Control - Điều khiển Liên kết Lôgic) theo tiêu chuẩn IEEE 802.2. Tầng liên kết dữ liệu chính là nơi các cầu nối (bridge) và các thiết bị chuyển mạch (switches) hoạt động. Kết nối chỉ được cung cấp giữa các nút mạng được nối với nhau trong nội bộ mạng. Tuy nhiên, có lập luận khá hợp lý cho rằng thực ra các thiết bị này thuộc về tầng 2,5 chứ không hoàn toàn thuộc về tầng 2. * Tầng 2: Tầng liên kết dữ liệu (Data Link Layer) Mục đích : cung cấp một phương pháp đáng tin cậy để truyền dữ liệu qua đường truyền vật lý, đảm trách việc truyền thông giữa các thiết bị trên một mạng ở bên gửi, tầng này đóng gói dữ liệu thành các khung dữ liệu (data frame) có kích thước xác định, truyền các khung dữ liệu và xử lý các khung báo nhận (acknowledged frame) * Data link phân 2 lớp con 2 Datalink * Tầng media access control Chức năng: Định địa chỉ vật lý Truy cập thiết bị mạng * Tầng media access control Định địa chỉ vật lý : mỗi thiết bị trước khi xuất xưởng đều được gắn một địa chỉ vật lý .địa chỉ này được tầng MAC sử dụng để định vị thiết bị 48bit 24bit đầu cho nhà sx 24bit để đánh địa chỉ ho thiết bị của nhà sx * Tầng media access control Truy cập thiết bị mạng: có nhiều cách truy cập thiết bị mạng Định vị theo địa chỉ vật lý Tranh chấp Các thiết bị có quyền truy cập dữ liệu  có va chạm CSMA/CD, CSMA/CA Có điều khiển Mạng quyết định thiết bị nào được quyền truyền Phương pháp chuyển thẻ bài phương pháp dò tìm * Tầng mac: các phương pháp tranh chấp Bất kỳ thiết bị nào cũng có thể truyền dữ liệu nếu thấy cần thiết Thuận lợi: Cơ hội truy cập đường truyền là như nhau cho các thiết bị Chi phí thấp Tốc độ truyền chấp nhận được nếu số lượng thiết bị không quá nhiều Bất lợi Giảm hiệu năng khi tải mạng tăng cao Không thể ấn định mức độ ưu tiên cho các thiết bị đặc biệt Các phương pháp tranh chấp được sử dụng CSMA/CD : carrier sense multiple access with collision detection: chấp nhận đụng độ CSMA/CA : carrier sense multiple access with collision Advoidance: tránh đụng độ * csMA/CD CSMA/CD đa truy cập đường truyền dùng sóng mang có phát hiện xung đột Ý tưởng nghe trong khi truyền Thiết bị lắng nghe đường truyền Nếu đường truyền rãnh thiết bị truyền ngay dữ liệu của nó Sau khi truyền, thiết bị lắng nghe trên đường truyền xen có hiện tượng đụng độ xãy ra Nếu có thiết bị sẽ gửi một tín hiệu cảnh báo cho các thiết bị khác. Tín hiệu cảnh báo này có mục đích tạm ngăn không cho các thiết bị khác gửi tiếp tín hiệu lên đường truyền ngay su đó nhằm tránh đụng độ thêm nữa Các thiết bị chờ sau một thời gian ngẫu nhiên, sẽ gửi dữ liệu của mình lên mạng Nếu xảy ra đụng độ lần 2 với cùng thiết thị, chúng sẽ lặp lại các bước trên với thời gian chờ ngẫu nhiên sẽ được gia tăng gấp đôi Ethernet sử dụng CSMA/CD * CSMA/CA CSMA/CA đa truy cập đường truyền dùng sóng mang để tránh xung đột Ý tưởng: Thiết bị lắng nghe đường truyền Nếu đường truyền rảnh, thiết bị gửi tín hiệu “xin phép” được truyền Nếu mạng chấp nhận, sẽ gửi tín hiệu cho phép đến thiết bị Thiết bị truyền dữ liệu khi đã nhận được tín hiệu cho phép Sau khi truyền, thiết bị gửi tín hiệu báo xong Localtalk/mạng không dây sử dụng CSMA/CA * MAC-phương pháp thẻ bài (token passing) Mạng duy trì một thẻ bài ()token di chuyển thường xuyên trên đường truyền. Một thiết bị muốn truyền phải chiếm thẻ bài Mạng sử dụng thẻ bài token Ring của IBM Thuận lợi Các thiết bị đặt biệt có thể có độ ưu tiên truy cập đường truyền cao hơn Thích hợp cho mạng có tải nặng hơn CSMA/CD, CSMA/CA Bất lợi: Chậm hơn CSMA/CD, CSMA/CA khi mạng tải nhẹ Thiêt bị mạng đắt tiền * Tầng mac Phương pháp dò tìm (polling) Thiết bị điềuk hiển chính kiểm tra các nhu cầu truyền dữ liệu của các thiết bị thứ cấp (dò). Thiết bị điều khiển sẽ lựa chọn thiết bị thứ cấp được phép truyền dữ liệu dự vào thứ tự và độ ưu tiên Thuận lợi: Độ ưu tiên và lượng dữ liệu được phép truyền của một thiết bị thứ cấp là có thể định trước Tận dụng tốt đa thông lượng đường truyền Bất lợi Việc chọn thiết bị thứ cấp có tể tốn chi phí đáng kể Việc truyền của một thiết bị có thể bị tạm dừng chờ thiết bị chính dò chọn * LLC(logical link control) LLC là tầng con của tầng data link Thiết lập và duy trì các kết nối liên kết dữ liệu giữa các thiết bị mạng Chịu trách nhiệm với bất kỳ luồng điều khiển và sửa lỗi xuất hiện trong tầng Các dịch vụ kết nối mà LLC cung cấp Các dịch vụ phi kết nối Các dịch vụ có kết nối Cửa sổ trượt: cho phép 2 thiết bịtruyền thông thương lượng sô lượng các khung được phép truyền trong một đợt  thiết bị nhận không cần gửi thông điệp xác nhận cho từng frame mà nó nhận được Dừng và đợi: khi một thiết bị không còn bộ nhớ tróng để lưu dữ liệu đến nó sẽ tạm hoãn cuộc truyền. Khi bộ nhớ trống trở lại, nó sẽ gửi tín hiệu đến thiết bị truyền để yêu cầu truyền tiếp Kiểm lỗi: sử dụng CRCs(Cyclic redundancy checks) và checksum * Tầng 3: Tầng mạng (Network Layer) các chức năng và qui trình cho việc truyền các chuỗi dữ liệu trên các mạng duy trì chất lượng dịch vụ (quality of service) mà tầng transport yêu cầu. chức năng định tuyến, điều khiển lưu lượng (flow control), phân đoạn và hợp đoạn (segmentation/desegmentation), kiểm soát lỗi (error control). * Tầng 3: (Network Layer) (tt) Các thiết bị định tuyến (router) hoạt động tại tầng này — gửi dữ liệu ra khắp mạng mở rộng, làm cho liên mạng trở nên khả thi (còn có thiết bị chuyển mạch (switch) tầng 3, còn gọi là chuyển mạch IP). Xác định địa chỉ lôgic (logical addressing scheme) –giao thức IP. * Tầng network Mạng vật lý ≠ mạng logic Mạng vật lý: các máy tính và thiết bị nối kết nhau bằng đường truyền vật lý Mạng logic: dãy các máy tính và thiết bị trong cùng mạng vật lý cho phép truyền thông trực tiếp theo 1 giao thức mạng. Các máy tính và thiết bị không cùng mạng logic thì không truyền thông trực tiếp * Mạng logic và mạng vật lý Mạng logic Mạng vạt lý * Tầng mạng Các máy tính và thiết bị ở 2 mạng logic khác nhau trong cùng mạng vật lý muốn truyền thông cho nhau phải qua thiết bị trung gian nối kết 2 mạng logic Tầng liên kết dữ liệu cung cấp phương tiện truyền thông qua mạng vật lý ≠tầng mạng cung cấp phương tiện truyền thông qua các mạng logic * Network-router Mạng logic Mạng vạt lý * Tầng mạng- địa chỉ thiết bị Tầng data link sử dụng địa chỉ vật lý Vd:1 card mạng có địa chỉ vật lý mac(AD) 00-12-F0-2C-31-3E Tầng mạng sử dụng địa chỉ mạng và địa chỉ dịch vụ Địa chỉ mạng: định danh cho một mạng logic Vd: giao thức IP có 2 mạng logic với 2 địa chỉ mạng 172.16.1.x và mạng 172.16.8.x chương trình cung cấp dịch vụ dùng Địa chỉ IP để xác định danh tánh trên mạng của máy tính hoặc thiết bị mạng . Ví dụ: với giao thức TCP/IP địa chỉ dịch vụ trên được gọi là port. Dịch vụ HTTP có địa chỉ dịch vụ mặc nhiên là 80. port dịch vụ của dịch vụ SMTP lại có port là 25 * Tầng mạng kỹ thuật chuyển dữ liệu Switching chuyển dữ liệu qua mạng Các phương pháp chuyển dữ liệu Chuyển mạch (circuit switching) Chuyển thông điệp(messege switching) Chuyển gói tin(packet switching) * Tầng mạng: chuyển mạch Khi có 2 thực thể cần trao đổi thông tin, giữa chúng sẽ được thiết lập một mạch(circuit) cố định và được duy trì cho đến khi một trong 2 bên ngắt liên lạc Ưu điểm Không xảy ra hiện tượng nghẽn mạch Nhược điểm: tốn thời gian để thiết lập kênh truyền- hiệu suất sử dụng đường truyền không được cao * S2 S3 S6 S1 S4 S5 A B * Chuyển thông điệp Thông điệp: một đơn vị thông tin của người sử dụng có khuôn dạng được qui định trước. Mỗi thông điệp có chứa vùng thông tin điều khiển chỉ định rõ đích đến của thông điệp các nút trung gian trên mạng phải lưu thông điệp ở bộ nhớ cục bộ -đọc thông tin điều khiển- chuyển thông điệp tới nút kế tiếp theo đường dẫn tới đích của nó Các thông điệp có thể được gửi đi theo các đường khác nhau * S2 S3 S6 S1 S4 S5 A B * Chuyển thông điệp Ưu điểm: Hiệu suất sử dụng đường truyền cao Giảm được tình trạng tắc nghẽn do các thông điệp có thể được lưu trữ tạm ở các nút mạng và được truyền đi khi đường truyền rỗi Có thể điều khiển việc truyền tin bằng cách gán độ ưu tiên cho thông điệp Có thể tăng hiệu suất sử dụng giải thông mạng bằng cách gắn địa chỉ quảng bá (broadcast address) để gửi thông báo cho đồng thời nhiều đích Nhược điểm Phí tổn lưu trữ tạm thời cao Không thích hợp cho truyền thông tốc độ cao * Network chuyển mạch gói Có 2 phương pháp chuyển mách gói : chuyển datagram và mạch ảo Chuyển datagram (datagram switching): mỗi thông điệp được chua thành nhiều thành phần nhỏ hơn gọi là các đatagram có format qui định trước. Mỗi đatagram cũng có vùng thông tin điều khiển, trong đó có địa chỉ bên gửi và bên nhận. Các datagram thuộc cùng một thông điệpcó thể được gửi đi qua mạng để đến được đích bằng nhiều con đường khác nhau kích thước datagram nhỏ  các nút mạng có tể xử lý ngay trong bộ nhớ mà không cần lưu tạm thời trên đĩa nhanh hơn mạng chuyển thông điệp * * Chuyển mạch gói Mạch ảo(circuit switching) Bắt đầu truyền thông các thiết bị sẽ đàm phán để xác lập các thông số truyền thông như: kích cở tối đa của thông điệp, các cửa sổ truyền thông đường truyền mạng Trên đường truyền dùng chung đã được xác định 2 máy sẽ thiết lập một mạch ảo các thông điệp sẽ được gửi qua mạch ảo này Các mạch ảo thường được dùng đối với các dịch vụ hướng kết nối (connection oriented) * Tầng mạng định tuyến Định tuyến (routing) xác định đường chuyển mạch gói tìm đến đúng đích Chức năng định tuyến được thực hiện bởi các bộ định tuyến (router) đặt tại giao điểm giữa các mạng logic Cơ sở định tuyến là bảng định tuyến(routing) * Bảng định tuyến R1 Net 1 Net 5 Net 3 Net 6 Net 4 R1 R2 R3 Bộ định tuyến Mạng logic F0 F1 * F0 F1 Net 7 Bảng định tuyến R3 Net 1 Net 5 Net 3 Net 6 Net 4 R1 R2 R3 Bộ định tuyến Mạng logic F0 F1 F0 E0 F1 * S1 Net 7 Bảng định tuyến R3 Net 1 Net 5 Net 3 Net 6 Net 4 R1 R2 R3 Bộ định tuyến Mạng logic F0 F1 F0 E0 S0 * S1 R4 F1 Định tuyến Khi có yêu cầu định tuyến bộ định tuyến sẽ căn cứ vào bảng định tuyến của mình để tìm đường đi ngắn nhất đến đích Thông tin trong các bảng định tuyến có thể được thiết lập và duy trì theo 1 trong 2 cách: Tĩnh: bảng định tuyến được người quản trị mạng tự lập Động : bảng định tuyến được tự động thiết lập và thây đổi tuỳ thuộc vào trạng thái mạng * Cách thức xây dựng bảng định tuyến động trên router có 2 phương pháp động Định tuyến vector cự ly(distance vector): định kỳ từng bộ định tuyến trên mạng sẽ quảng bá thông tin định tuyến của mình cho các bộ định tuyến còn lại cập nhật bảng định tuyến Định tuyến trạng thái kết nối (link state) các bộ định tuyến chỉ quảng bá thông tin định tuyến của mình khi phát hiện có sự thay đổi trạng thái của mạng * Tầng 4: Transport Layer Tầng giao vận cung cấp dịch vụ xuyên dụng chuyển dữ liệu giữa các người dùng tại đầu cuối, nhờ đó các tầng trên không phải quan tâm đến việc cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu đáng tin cậy và hiệu quả. Tầng giao vận kiểm soát độ tin cậy của một kết nối được cho trước. Một số giao thức có định hướng trạng thái và kết nối (state and connection orientated). Có nghĩa là tầng giao vận có thể theo dõi các gói tin và truyền lại các gói bị thất bại. Một ví dụ điển hình của giao thức tầng 4 là TCP. Tầng này là nơi các thông điệp được chuyển sang thành các gói tin TCP hoặc UDP. * Tầng 5: Tầng phiên (Session layer) Tầng phiên kiểm soát các (phiên) hội thoại giữa các máy tính. Tầng này thiết lập, quản lý và kết thúc các kết nối giữa trình ứng dụng địa phương và trình ứng dụng ở xa. Tầng này còn hỗ trợ hoạt động lưỡng truyền (duplex) hoặc đơn truyền (half-duplex) và thiết lập các qui trình đánh dấu điểm hoàn thành (checkpointing) - giúp việc phục hồi truyền thông nhanh hơn khi có lỗi xảy ra, vì điểm đã hoàn thành đã được đánh dấu - trì hoãn (adjournment), kết thúc (termination) và khởi động lại (restart). Mô hình OSI uỷ nhiệm cho tầng này trách nhiệm "ngắt mạch nhẹ nhàng" (graceful close) các phiên giao dịch (một tính chất của giao thức kiểm soát giao vận TCP) và trách nhiệm kiểm tra và phục hồi phiên, đây là phần thường không được dùng đến trong bộ giao thức TCP/IP. * Simplex Half duplex Full duplex * Tầng 6: Tầng trình diễn (Presentation layer) Tầng trình diễn biến đổi dữ liệu để cung cấp một giao diện tiêu chuẩn cho tầng ứng dụng. Nó thực hiện các tác vụ như mã hóa dữ liệu sang dạng MIME, nén dữ liệu, và các thao tác tương tự đối với biểu diễn dữ liệu để trình diễn dữ liệu theo như cách mà chuyên viên phát triển giao thức hoặc dịch vụ cho là thích hợp. Chẳng hạn: chuyển đổi tệp văn bản từ mã EBCDIC sang mã ASCII, hoặc tuần tự hóa các đối tượng (object serialization) hoặc các cấu trúc dữ liệu (data structure) khác sang dạng XML và ngược lại. * Tầng 7: Tầng ứng dụng (Application layer) Tầng ứng dụng là tầng gần với người sử dụng nhất. Nó cung cấp phương tiện cho người dùng truy nhập các thông tin và dữ liệu trên mạng thông qua chương trình ứng dụng. Tầng này là giao diện chính để người dùng tương tác với chương trình ứng dụng, và qua đó với mạng. Một số ví dụ về các ứng dụng trong tầng này bao gồm Telnet, Giao thức truyền tập tin FTP và Giao thức truyền thư điện tử SMTP. * 7 application 6 Presentation 5 Session 4 Transport 3 Network 2 Datalink 1 Physical 7 application 6 Presentation 5 Session 4 Transport 3 Network 2 Datalink 1 Physical Nguồn đích 7 application 6 Presentation 5 Session 4 Transport 3 Network 2 Datalink 1 Physical 7 application 6 Presentation 5 Session 4 Transport 3 Network 2 Datalink 1 Physical * 7 application 6 Presentation 5 Session 4 Transport 3 Network 2 Datalink 1 Physical 7 application 6 Presentation 5 Session 4 Transport 3 Network 2 Datalink 1 Physical Host A Host B bits frames packets Segment Data Data Data Dữ liệu của từng tầng * application Transport Network Access Internet Mô hình TCP/IP 7 application 6 Presentation 5 Session 4 Transport 3 Network 2 Datalink 1 Physical LLC MAC * Các giao thức của TCP/IP * 7 Application 6 Presentation 5 Session 4 Transport 3 Network 2 Datalink 1 Physical Mô hình OSI TCP/IP Application Transport Network Access Internet So sánh giữa mô hình OSI và TCP/IP * 7 Application 6 Presentation 5 Session 4 Transport 3 Network 2 Datalink 1 Physical Mô hình OSI ethernet Tập trung rất ít TCP IP FTP.TFTP,SMtP,DNS,HTTP,TELNET,SNMP Các giao thức TCP/IP và ethernet * *