Mô hình truyền dữ liệu trong máy tính là gì

Chào mừng các bạn đã đến với bài thứ 3 trong series Mạng Căn Bản, và cũng là giai đoạn 1 của lộ trình 4 giai đoạn tự học Basic Linux Pentesting. Mục đích chính của series này là cố gắng cô đọng lại những gì cần thiết nhất và trình bày một cách dễ hiểu nhất những kiến thức về hệ thống mạng nhằm cung cấp cho các bạn nền tảng căn bản đủ để các bạn có thể áp dụng ở giai đoạn 4 của lộ trình.

Trước khi vào bài chúng ta cũng cần làm rõ những nội dung mà series này không bao gồm:

• Series này sẽ không dạy các kiến thức để thi CCNA hoặc MSCA cũng như các kiến thức về quản trị mạng ví dụ như cách thiết lập DHCP, DNS, Routing protocols, vâng vâng.
• Series Mạng Căn Bản sẽ không bao gồm phần lab xây dựng mạng mà chỉ đơn thuần lý thuyết và một vài thực hành nhỏ.
• Series Mạng Căn Bản sẽ chỉ có kiến thức căn bản và sẽ không đi quá sâu vào bất kỳ một chủ đề nào. Mục đích chính là để tránh series này bị kéo dài một cách không cần thiết. Tuy nhiên, với những bạn muốn nghiên cứu thêm, mình sẽ đính kèm tài liệu tự nghiên cứu trong bài nhé.

Hôm nay chúng ta sẽ học về mô hình mạng OSI và các chế độ truyền dữ liệu trong mạng. Bài hôm nay thuần lý thuyết nên sẽ hơi chán, nhưng vì là kiến thức quan trọng nên các bạn chú ý nhé.

Những nội dung quan trọng sẽ được mình highlight như thế này

Các bạn có bao giờ tự hỏi tại sao khi bạn mua một cái latop, một cái smartphone hay một máy tính bảng của bất kỳ hãng nào về bạn đều có thể dễ dàng kết nối thiết bị vừa mua theo cùng 1 cách không?

Ví dụ: Dù bạn mua một con Macbook pro của Apple hay một máy tính của hãng Dell, quy trình kết nối mạng của cả hai thiết bị đều sẽ là:

1. Mở chức năng wifi trên thiết bị
2. Chọn mạng wifi bạn muốn kết nối
3. Nhập password của wifi bạn muốn kết nối

Để làm được điều đó các tất cả các hãng sản xuất phần cứng và thiết bị kết nối mạng bắt buộc phải thống nhất một tiêu chuẩn kết nối mạng chung, để sao cho người dùng không cần biết đang sử dụng thiết bị của hãng nào, cũng vẫn chỉ cần theo đúng 1 quy trình nhất định để có thể kết nối được thiết bị của họ vào mạng Internet.

Vào thời kỳ đầu khi Internet mới vừa khai sinh, mỗi một hãng sản xuất phần cứng lại có một tiêu chuẩn riêng cho thiết bị của họ. Máy tính của IBM thời kỳ này sẽ có tiêu chuẩn kết nối mạng riêng và không thể sử dụng cho các máy tính của Apple ví dụ thế. Việc này gây ra rất nhiều khó khăn cho những Quản Trị Viên Hệ Thống (System Admin) trong việc khắc phục sự cố cũng như bảo trì hệ thống mạng nếu trong hệ thống mạng của họ sử dụng thiết bị của nhiều hãng khác nhau.

Trong hoàn cảnh đó, mô hình TCP/IP và OSI đã ra đời và được xem như là những tiêu chuẩn chung của cả thế giới Internet, nhờ có những tiêu chuẩn này, việc quản trị hệ thống mạng trở nên dễ dàng hơn, ngay cả những người dùng không chuyên về kỹ thuật cũng có thể dễ dàng kết nối thiết bị của họ với hệ thống mạng có sẵn. Và mạng Internet đã bùng nổ với số lượng người dùng ngày càng tăng như hiện nay.

Trải qua vài chục năm phát triển, mô hình OSI tuy đã thua mô hình TCP/IP và không còn được xem là tiêu chuẩn của thế giới Internet. Tuy nhiên, do mô hình OSI và TCP/IP có rất nhiều điểm tương đồng, chưa kể theo tài liệu học CCNA của Cisco Press, trước khi cuộc chiến quyết định xem một trong hai mô hình, TCP/IP hoặc OSI, cái nào sẽ trở thành tiêu chuẩn chung của thế giới Internet (vào khoảng cuối thập niên 1980s và đầu 1990s), nhiều hãng sản xuất phần cứng cũng như phát triển protocol (giao thức) cho mạng Internet đã sử dụng các thuật ngữ trong mô hình OSI để phát triển tài liệu hướng dẫn sử dụng cho sản phẩm của họ. Và những thuật ngữ đó vẫn tồn tại cho đến ngày nay. Thế nên, để có thể hiểu được một cách khái quát các thuật ngữ trong hệ thống mạng hiện đại, bạn cần phải có kiến thức về mô hình OSI.

1/ Mô hình OSI

1a/ Mô hình OSI là gì?

OSI viết tắt của Open Systems Interconnection (Kết nối hệ thống mở). Mô hình OSI được phát triển bởi tổ chức Tiêu Chuẩn Quốc Tế (ISO) vào năm 1984.

Mô hình OSI chia các khía cạnh/chức năng của networking thành 7 lớp riêng biệt. Mỗi một lớp sẽ có một chức năng nhất định, kèm theo quy định những phần cứng, giao thức hay tiêu chuẩn nào được dùng ở mỗi lớp.

Mô hình OSI sẽ có hình dạng và chức năng như sau:

LớpTên lớpChức năngGiao thứcThiết bị7ApplicationCho phép các ứng dụng request network services (yêu cầu sử dụng dịch vụ mạng) [a]HTTP, FTP, SMTP, DNS, Telnet, v.vHosts, firewalls6PresentationChuyển đổi dạng dữ liệu giữa các ứng dụng và các mạng [b]Hosts, firewalls5SessionCho phép thiết lập session (phiên) giữa các thiết bị được kết nối mạng với nhau [c]Hosts, firewalls4TransportĐảm bảo dữ liệu được truyền đi không bị lỗi, đúng trình tự, không bị mất hoặc trùng lặp TCP, UDP Hosts, firewalls3NetworkĐịnh tuyến dữ liệu qua các mạng [d]IP Router, switch layer 32Data LinkDựa vào địa chỉ MAC để gửi các frame dữ liệu và đảm bảo những frame dữ liệu này không bị lỗi khi được truyền giữa các nút mạng thông qua hạ tầng của lớp 1 Physical; đồng thời đảm bảo tại mọi thời điểm chỉ có duy nhất một nút mạng đang truyền dữ liệu [e]Ethernet, HDLCLAN switch, wireless access point, calble modem, DSL modem1PhysicalKết nối giữa các thiết bị với các hạ tầng mạng hoạt động ổn định. [f]RJ-45, optic fiber, v.vLAN hub, LAN repeater, cables

Giải thích thêm:

[a] Khi bạn truy cập một website ví dụ như trang tuhocnetworsecurity của mình đi chẳng hạn, hạn đã gửi một yêu cầu sử dụng dịch vụ mạng đến server đang host trang tuhocnetworksecurity bằng giao thức HTTP yêu cầu cho phép bạn truy cập trang tuhocnetworksecurity.

[b] Mình sẽ cho bạn ví dụ về một trong những chức năng của lớp 6 như sau: Khi bạn gửi dữ liệu trên một ứng dụng điện thoại, như một tin nhắn hẹn ăn tối đến người yêu chẳng hạn, tin nhắn của bạn sẽ được mã hóa ở lớp 6 trước khi nó được gửi vào mạng Internet, khi tin nhắn được mã hóa đến, nó sẽ được giải mã ở lớp 6 trước khi hiển thị trên điện thoại của người yêu bạn.

[c] Một session (phiên), một cách cơ bản nhất có thể được hiểu như một kết nối giữa hai thiết bị được nối mạng nhằm mục đích trao đổi dữ liệu với nhau. Một session sẽ được duy trì cho đến khi một trong hai bên ngắt kết nối.

[d] Lớp 3 sẽ đảm nhận nhiệm vụ xác định đường đi của dữ liệu từ điểm đầu đến điểm cuối. Ví dụ: Bạn muốn vào trang tuhocnetworksecurity để xem bài viết mới, để làm điều đó, mặc dù bạn chỉ đơn giản gõ tên domain của website lên thanh địa chỉ của trình duyệt và ấn Enter, tuy nhiên ở phía sau, các yêu cầu của bạn đã được chuyển qua vô số mạng khác nhau để đến được server đang host website tuhocnetworksecurity. Việc xác định đường đi cho yêu cầu của bạn chính là nhiệm vụ của lớp 3 Network.

[e] Chúng ta sẽ lượt qua vài khái niệm sau:

• Một nút mạng chính là một thiết bị được kết nối với mạng ví dụ như máy tính cá nhân.
• Một gói tin (packet) là một khối dữ liệu được gửi như một đơn vị từ lớp 3 Network trở lên. Ví dụ: ta có A, B, C, D; mỗi ký tự là một dữ liệu. Khi A,B,C,D đứng cùng với nhau, ta có một khối dữ liệu hay một đơn vị và đơn vị này khi được đưa vào Internet để truyền đi, chúng sẽ được truyền đi cùng một lúc.
• Frame dữ liệu là một khối dữ liệu được gửi như một đơn vị thông qua các giao thức như Ethernet tại lớp 2 Data Link.

Chúng ta có thể tóm tắt chức năng của lớp 2 như sau: Lớp 2 sẽ kiểm tra xem frame dữ liệu cần được gửi có bị lỗi hay không, xác định xem có nút mạng nào đang truyền dữ liệu không? nếu không, nó sẽ dựa vào địa chỉ MAC của mỗi thiết bị (Bạn nào quên địa chỉ MAC là gì có thể xem lại bài trước tại đây) để gửi frame dữ liệu đó tới đúng nơi cần đến. Tại sao phải kiểm tra xem có thiết bị nào đang truyền dữ liệu hay không? Vì nếu có 2 hoặc nhiều nodes hơn đang truyền dữ liệu, sẽ xảy ra hiện tượng các frame dữ liệu va chạm và dẫn đến việc dự liệu bị hư hao. Đọc thêm tại đây.

[f] Lớp 1 Physical (vật lý) có nhiệm vụ kết nối thiết bị của mạng với các thiết bị hạ tầng mạng như switch, router, wifi modem, v.v. Ví dụ: nếu bạn vào mạng bằng dây cáp, dây cáp phải tốt và không bị đứt; nếu bạn vào mạng bằng wifi, router nhà bạn phải phát được sóng wifi, đồng thời cáp mạng nối từ nhà bạn đến ISP (nhà cung cấp dịch vụ mạng) vẫn tốt và không bị đứt; ISP có nguồn điện dự phòng đảm bảo trung tâm mạng không bị mất điện, v.v. Tất cả những hạng mục đó đều thuộc lớp 1 Physical.

1b/ Những đặc tính của mô hình OSI


• Các lớp của mô hình OSI giống như một quả củ hành, lớp ngoài cùng sẽ che giấu đi các lớp bên trong. Lớp bên trên của mô hình OSI sẽ che giấu đi chi tiết của các lớp bên dưới nó.
• 3 lớp trên cùng của mô hình OSI (7, 6 và 5) được gọi là các lớp phần mềm do chức năng của chúng chủ yếu liên quan đến các phần mềm ví dụ như các phần mềm thường thấy trên lớp 7 Application như trình duyệt web, Skype, v.v hay các phần mềm mã hóa ở lớp 6 Presentation.
• 3 lớp dưới dùng (3, 2 và 1) được gọi là lớp phần cứng do chức năng của chúng phụ thuộc chủ yếu vào các phần cứng như router, modem, switch, cáp mạng, v.v.
• Lớp 4 Transport được gọi là trái tim của mô hình OSI, không chỉ bởi vì nó nằm giữa mô hình, mà đồng thời nó mang trong mình nhiệm vụ căn bản nhất nhưng quan trọng nhất đó là đảm bảo dữ liệu được truyền đi một cách chính xác, đúng trình tự, không bị mất, trùng lặp và không bị lỗi.
• Khi dữ liệu được gửi đi, nó sẽ đi từ lớp 7 xuống lớp 1, dữ liệu nhận về sẽ đi từ lớp 1 đến lớp 7.

1c/ Lợi ích của mô hình OSI

• Đơn giản hóa kiến trúc mạng từ một khối siêu to khổng lồ trở thành những lớp chức năng với protocols và thiết bị cụ thể giúp dễ bảo trì và sửa lỗi hơn.
• Standard interfaces (Giao diện tiêu chuẩn): OSI model cung cấp giao diện tiêu chuẩn cho các nhà phát triển để họ có thể phát triển sản phẩm cho mục đích nào đó. Ví dụ như Gmail sử dụng giao thức POP ở lớp 7 Application.
• Dễ học: Với việc phân lớp như mô hình OSI, các nhà phát triển có thể dễ dàng học và thảo luận về nhiều chi tiết của một giao thức nào đó.
• Dễ phát triển: Giảm độ phức tạp của mạng sẽ giúp các nhà phát triển có thể lập trình nhanh hơn và thay đổi, nâng cấp ứng dụng dễ dàng hơn.
• Tăng khả năng tương tác: Việc tạo ra sản phẩm có cùng tiêu chuẩn, cho phép nhiều thiết bị của nhiều nhà sản xuất khác nhau có thể tương tác dễ dàng với nhau trong cùng một mạng Internet.
• Phát triển theo module: Một công ty ví dụ như Google có thể viết ra một trình duyệt như Chrome ở lớp 7 Application, ở lớp thấp hơn một công ty khác ví dụ như Microsoft tích hợp phần mềm TCP/IP vào hệ điều hành Windows, ở lớp 3 CISCO cho ra mắt một Router mới, vì cả 3 dự án đều phát triển theo cùng tiêu chuẩn, nên chúng hoàn toàn có thể được sử dụng chung với nhau.

2/ Các chế độ truyền dữ liệu trong mạng

Giữa 2 thiết bị được kết nối với nhau sẽ có 3 chế độ truyền tin.

Simplex mode (Một chiều): Đúng như tên gọi, ở chế độ Simplex mode và ở bất cứ thời điểm nào, sẽ chỉ có duy nhất một máy có khả năng truyền dữ liệu, thiết bị còn lại chỉ có thể nhận dữ liệu. Ví dụ: chuột hay bàn phím của bạn, chỉ có thể gửi dữ liệu đi chứ không thể nhận dữ liệu được.


Half-duplex: Với chế độ half-duplex, cả 2 máy A và B đều có thể nhận và gửi dữ liệu. Tuy nhiên, tại một thời điểm nhất định, sẽ chỉ có duy nhất 1 thiết bị gửi dữ liệu mà thôi.

 

Full-duplex: Với full-duplex, cả hai thiết bị đều có thể gửi và nhận dữ liệu cùng một lúc. Ví dụ mạng viễn thông di động là một mạng full-duplex vì bạn có thể vừa nghe vừa nói cùng một lúc.


Đến đây có lẽ bạn sẽ thắc mắc, wifi nhà bạn là full-duplex hay half-duplex, bạn có thể sẽ kết luận có lẽ wifi nhà là full-duplex vì bạn có thể voice chat, video chat với bạn bè và có thể nghe và nói cùng lúc. Nhưng đáng tiếc, mạng wifi là half-duplex.

Thật vậy Wifi nhà bạn là half-duplex, trình duyệt sử dụng sóng wifi để nối mạng cũng là half-duplex nghĩa là tại một thời điểm xác định, nó chỉ có thể là download hoặc upload, nhưng vì tốc độ của Internet quá nhanh và bạn chỉ phải chờ vài mili giây giữa download và upload nên bạn sẽ thấy nó gần như liên tục. Nguyên nhân là vì sóng radio được sử dùng trong hệ thống truyền dữ liệu không dây có một đặc tính tự nhiên đó là self-interference (tự can thiệp) hay còn gọi là noise (nhiễu). Nói một cách đơn giản, trong môi trường truyền dữ liệu không dây, khi một điểm đồng thời gửi và nhận dữ liệu cùng một lúc và cũng đồng thời nhận dữ liệu từ chính điểm đó, nhiễu sẽ được sinh ra làm giảm chất lượng truyền dẫn không dây.

Mặc dù trên lý thuyết, việc phát triển hệ truyền dữ liệu không dây là hoàn toàn có thể bằng cách triệt tiêu nhiễu sinh ra. Thế nhưng tất cả chỉ mới dừng ở việc nghiên cứu.

Tin vui là mạng Internet, 3G và 4G vẫn là full-duplex nhé các bạn.

Vậy nếu sử dụng cáp mạng để nối mạng thì sao?

Nếu cáp mạng của bạn là một sợi full-duplex (có ít nhất 2 cặp dây xoắn) khi cắm vào cổng Ethernet của modem, bạn sẽ được full-duplex.

Do chế độ truyền dữ liệu thuộc lớp 1 Physical, điều đó có nghĩa bạn kết nối mạng bằng hình thức nào thì bạn sẽ phải chấp nhận chế độ truyền dữ liệu của hình thức đó. Như nếu bạn kết nối mạng bằng wifi bạn sẽ là half-duplex, nếu bạn vào mạng bằng 3G/4G bạn sẽ là full-duplex. Tuy nhiên bạn cũng nên lưu ý, với hạ tầng mạng hiện tại, khác biệt giữa half-duplex và full-duplex gần như là rất nhỏ. Nhanh hay chậm mình nghĩ phụ thuộc vào chất lượng phần cứng dùng để kết nối mạng nhiều hơn.

Ví dụ như mình đang ở Canada, tốc độ mạng nhà mình tối đa là 600 Mbps, xài cáp hay không xài cáp gì cũng gần như tương tự nhau. Nếu mình ở xa cục router quá mình sẽ dùng mạng 2.4GHz, nếu ở gần mình sẽ dùng mạng 5GHz tốc độ có chênh nhau khá nhiều, nhưng căn bản mình không hề cảm giác bị giựt lag khi xem You Tube. Trái lại, khi mình về VN chơi, sự khác biệt giữa có dây và không dây là khá rõ, đôi khi mình ngồi gần sát bên cục router nhưng không cấm dây vẫn bị rớt mạng như thường, có mạng xem You Tube có khi 15 phút load chưa xong cái video. Tuy nhiên, mình để ý thấy nhiều bạn vẫn có thể livestream bán hàng, chơi LOL hay stream game ầm ầm chứng tỏ hạ tầng mạng VN không hề tệ, nên mình nghĩ nhiều khả năng có thể là do cục router mạng nhà mình ở VN bị lỗi bộ phận phát sóng wifi mà ra.

Cám ơn bạn đã theo dõi, chúng ta sẽ tiếp tục học về mô hình TCP/IP tiêu chuẩn của mạng Internet hiện tại vào thứ 3 tuần sau nhé.

Trong mô hình OSI thì application thuộc lớp thú máy?

Tầng 7 – Application Layer ( Tầng ứng dụng) Tầng ứng dụng là lớp trên cùng, xác định giao diện giữa người sử dụng và môi trường OSI. Tầng ứng dụng được sử dụng bởi phần mềm người dùng cuối như trình duyệt web và ứng dụng email.

Mô hình mạng máy tính là gì?

Mô hình mạng máy tính là hệ thống kết nối nhiều máy tính với nhau thông qua một đường truyền vật lý và được xây dựng trên một kiến trúc mạng cụ thể. Mục đích của việc xây dựng mô hình mạng máy tính nhằm thu thập, trao đổi dữ liệu và chia sẻ tài nguyên cho nhiều máy tính trong 1 hệ thống cùng sử dụng.

mô hình OSI phải triển nhằm mục đích gì?

Mô hình này đã được định nghĩa bởi Tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế (International Organization for Standardization) trong tiêu chuẩn số 7498-1 (ISO standard 7498-1). Mục đích của mô hình là cho phép sự tương giao (interoperability) giữa các hệ máy (platform) đa dạng được cung cấp bởi các nhà sản xuất khác nhau.

Máy tính và truyền thông dữ liệu là gì?

- Ngành Mạng máy tính và Truyền thông dữ liệu là một ngành nghiên cứu những nguyên lý kết nối các máy tính thành mạng; cách thiết kế, xây dựng một hệ thống mạng từ mạng nội bộ cho đến mạng diện rộng có kết nối toàn cầu; sự trao đổi thông tin, dữ liệu giữa các thành phần trên mạng; phát triển ứng dụng mạng, ứng dụng Web ...