Mô hình OSI (Open System Interconnection)
Mô hình OSI là mô hình kết nối các hệ thống mở, đây là mô hình căn bản về tiến trình truyền thông, thiết lập các tiêu chuẩn kiến trúc mạng, là cơ sở chung để các hệ thống giao tiếp và truyền thông được với nhau.
Mô hình OSI tổ chức giao thức truyền thông thành 7 tầng, mỗi tầng giải quyết một phần hẹp của tiến trình truyền thông, chia tiến trình truyền thông thành nhiều tầng và trong mỗi tầng có thể có các giao thức (Protocol) thực hiện các nhu cầu truyền thông cụ thể.
Mô hình OSI gồm 7 tầng như hình dưới.
Quá trình một gói tin được gửi từ máy A sang máy B qua mạng diễn ra như sau:
Tại máy A (máy gửi), dữ liệu do ứng dụng tạo ra sẽ lần lượt được đóng gói (encapsulation) khi đi từ tầng 7 (Application Layer) xuống tầng 1 (Physical Layer).
Mỗi tầng trong mô hình mạng sẽ thêm vào dữ liệu của tầng trên thông tin điều khiển tương ứng (header) để phục vụ cho việc định tuyến, kiểm soát kết nối và truyền dữ liệu qua mạng.
Sau khi xuống đến tầng vật lý, dữ liệu được chuyển thành các bit 0/1 và truyền đi trên môi trường truyền dẫn (cáp mạng, sóng vô tuyến, v.v.).
Tại máy B (máy nhận), tín hiệu nhận được sẽ được chuyển ngược từ dạng bit thành dữ liệu và lần lượt trải qua quá trình giải đóng gói (decapsulation) từ tầng 1 lên tầng 7.
Mỗi tầng sẽ bóc bỏ phần header tương ứng của mình, xử lý thông tin điều khiển, rồi chuyển dữ liệu còn lại lên tầng trên cho đến khi dữ liệu ban đầu được chuyển tới ứng dụng ở tầng ứng dụng.
1. Tầng 1 – Physical Layer (Tầng vật lý)
Chức năng
Truyền bit 0/1 dưới dạng tín hiệu vật lý
Quy định điện áp, sóng, tốc độ truyền
Chuẩn hóa cáp, đầu nối, tần số
Thành phần liên quan
Môi trường truyền: cáp mạng, cáp quang, sóng Wi-Fi
Thiết bị: Hub, Repeater
Chuẩn vật lý: RJ45, tốc độ 100Mbps, 1Gbps…
2. Tầng 2 – Data Link Layer (Tầng liên kết dữ liệu)
Chức năng
Truyền frame trong cùng một mạng vật lý
Địa chỉ hóa bằng MAC
Phát hiện lỗi (CRC/FCS)
Điều khiển truy cập đường truyền
Thành phần liên quan
Giao thức: Ethernet, Wi-Fi (802.11)
Thiết bị: Switch, NIC (card mạng)
Địa chỉ: MAC Address
Frame, FCS (CRC)
3. Tầng 3 – Network Layer (Tầng mạng)
Chức năng
Định tuyến gói tin giữa các mạng khác nhau
Xác định địa chỉ logic (IP)
Chọn đường đi cho gói tin
Thành phần liên quan
Giao thức: IP, ICMP
Thiết bị: Router
Địa chỉ: IPv4, IPv6
Bảng định tuyến (Routing Table)
4. Tầng 4 – Transport Layer (Tầng giao vận)
Chức năng
Truyền dữ liệu giữa 2 tiến trình (process-to-process)
Chia nhỏ gói tin/ ghép gói tin
Đảm bảo tin cậy, kiểm soát luồng, kiểm soát lỗi
Định danh ứng dụng bằng port
Thành phần liên quan
Giao thức: TCP, UDP
Khái niệm: Port, Socket
Thành phần OS: TCP/IP stack trong kernel
5. Tầng 5 – Session Layer (Tầng phiên)
Chức năng
Thiết lập, duy trì và kết thúc phiên làm việc
Quản lý trạng thái kết nối (session)
Đồng bộ phiên, khôi phục khi gián đoạn
Thành phần liên quan
Session trong ứng dụng web
RPC session
Session ID, Cookie
6. Tầng 6 – Presentation Layer (Tầng trình bày)
Chức năng
Chuyển đổi định dạng dữ liệu
Mã hóa / giải mã
Nén / giải nén dữ liệu
Thành phần liên quan
Chuẩn mã hóa: TLS/SSL, Base64
Định dạng dữ liệu: JSON, XML, UTF-8
Thư viện mã hóa / encode trong ứng dụng
7. Tầng 7 – Application Layer (Tầng ứng dụng)
Chức năng
Cung cấp giao diện cho ứng dụng người dùng giao tiếp với mạng
Thực hiện các dịch vụ mạng cấp cao: gửi mail, duyệt web, truyền file, gọi API…
Thành phần liên quan
Giao thức: HTTP/HTTPS, FTP, SMTP, POP3, IMAP, DNS
Ứng dụng: Web browser, Email client, API client
Dịch vụ: Web server, Mail server
Lưu ý: Mô hình OSI chủ yếu dùng để học tập và phân tích hệ thống.
Trong triển khai thực tế, Internet sử dụng TCP/IP stack, trong đó các chức năng tầng 5 và 6 của OSI thường được gộp vào tầng ứng dụng.
Phân tích gói tin bằng phần mềm Wireshark
Hình minh họa cho thấy một gói tin HTTP thực tế được bắt bằng Wireshark.
Gói tin bao gồm đầy đủ các tầng giao thức trong TCP/IP stack:
Ethernet (tầng 2) → IP (tầng 3) → TCP (tầng 4) → HTTP (tầng 7).
Tầng 2 – Data Link (Ethernet II)
Ethernet II, Src: TPLink_77:23:4d (f0:09:0d:77:23:4d) Dst: LiteonTechno_6e:3e:e3 (14:b5:cd:6e:3e:e3)
Địa chỉ MAC nguồn / MAC đích
Frame Ethernet (giao thức Ethernet)
Tầng 3 – Network (IP)
Internet Protocol Version 4, Src: 23.203.133.184, Dst: 192.168.0.49
Địa chỉ IP nguồn / IP đích
Giao thức IP
Tầng 4 – Transport (TCP)
Transmission Control Protocol, Src Port: 80, Dst Port: 54803, Seq, Ack, Len
TCP
Port nguồn / đích
Sequence, Acknowledgement
Tầng 7 – Application (HTTP)
Hypertext Transfer Protocol Line-based text data: text/plain
HTTP/1.1
Header + body của gói tin
The End.