Khái niệm mô hình mạng

Khái niệm chung

Như các phần trên chúng ta đã thấy, trong một mạng máy tính có rất nhiều thành phần cả cứng và mềm cùng hoạt động. Chúng thực hiện những chức năng khác nhau nhưng tương tác với nhau để cùng thực hiện mục tiêu chung là truyền thông tin giữa các thiết bị. 

Để phục vụ nghiên cứu, thiết kế và quản lý các thành phần của mạng, người ta xây dựng ra các mô hình mạng.

Mô hình mạng mô tả kiến trúc, thành phần và thiết kế được sử dụng để thiết lập giao tiếp giữa hệ thống nguồn và hệ thống đích. Mô hình mạng còn được gọi với các tên khác nhau như ngăn xếp giao thức, bộ giao thức, ngăn xếp mạng.

Có thể hiểu một cách đơn giản rằng, mô hình mạng là một hệ thống phân loại các thanh phần trong một mạng máy tính. Qua đó, việc học tập và nghiên cứu về mạng sẽ dễ dàng hơn. Khi nghiên cứu về mạng máy tính, mô hình mạng là một nội dung không thể thiếu. Nó cung cấp một cách nhìn hệ thống, đầy đủ, hoàn chỉnh về tất cả các thành phần của mạng máy tinh.

Mô hình mạng là một cách để tổ chức các chức năng và tính năng của hệ thống mạng để xác định thiết kế cấu trúc của nó. Một thiết kế có thể giúp chúng ta hiểu cách một hệ thống truyền thông hoàn thành các nhiệm vụ để tạo thành một bộ giao thức.

Có hai mô hình mạng được sử dụng phổ biến nhất là mô hình kết nối các hệ thống mở (mô hình OSI – Open System Interconnection) và mô hình TCP/IP. Ngoài ra một số mô hình khác cũng được tạo ra phục vụ cho nghiên cứu và giảng dạy về mạng máy tính.

Kiến trúc phân tầng

Tất cả các mô hình mạng đều xây dựng theo kiến trúc phân tầng.

Tất cả các mô hình mạng đều xây dựng theo kiến trúc phân tầng. Theo kiến trúc này, mỗi mô hình mạng bao gồm nhiều tầng (layer) xếp chồng lên nhau, trong đó:

• Số lượng, vai trò và chức năng của mỗi tầng được định nghĩa từ trước trong một mô hình mạng. Trong các mô hình mạng khác nhau, số tầng, tên của các tầng, và chức năng của các tầng cũng không giống nhau. 
• Mỗi tầng chứa các thực thể. Thực thể có thể hiểu là phần mềm hoặc phần cứng, có nhiệm vụ xác định riêng biệt trong hệ thống mạng.
• Các thực thể ở các tầng liền kề mới tương tác được với nhau. Các thể ở các tầng không liền kề thì không tương tác với nhau. Các thực thể tương tác gián tiếp qua giao diện tầng (như một dạng API – giao diện lập trình ứng dụng).
• Mỗi thực thể cung cấp dịch vụ cho thực thể tầng liền trên và khai thác dịch vụ của thực thể tầng liền dưới.
• Các thực thể ở cùng tầng có những điểm chung về dịch vụ nó cung cấp, mặc dù chúng có thể thực hiện theo những cách khác nhau. Vì vậy, khi nói về tầng nào, người ta có thể hình dung ra đặc điểm chung của tầng đó mà không cần nói tới các thực thể cụ thể ở tầng đó.

Để dễ hình dung, có thể nhìn nhận thực thể ở mỗi tầng giống như một phần mềm. Phần mềm ở tầng liền trên có thể gọi phần mềm ở tầng liền dưới thông qua API được định nghĩa sẵn. Nói cách khác, thực thể ở mỗi tầng hoạt động tương tự như một kiểu máy ảo cung cấp những dịch vụ nhất định cho tầng bên trên liền kề nó, nhưng không cho tầng trên biết dịch vụ đó được xây dựng ra sao.

Tương tác trong kiến trúc phân tầng

Khi nhìn nhận các giao thức từ khía cạnh thực thi có thể hình dung rằng, các “chương trình” giao thức ở các tầng hoạt động gần giống như các hàm gọi lẫn nhau. Các hàm cấp độ cao hơn gọi các hàm ở cấp thấp hơn để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể. Các hàm cấp dưới lại có thể gọi tới các hàm cấp dưới nữa.

Mô hình phân tầng này quy định rằng, chỉ có các hàm ở các cấp liền kề nhau mới có thể gọi nhau. Các hàm này gọi nhau theo kiểu “gọi qua giao diện”, tức là không trực tiếp gọi mà thông qua một thành phần trung gian gọi là giao diện (interface). 

Giao diện là một đơn vị chương trình đặc biệt chỉ chứa phần mô tả (bao gồm mô tả dữ liệu đầu vào và mô tả dữ liệu đầu ra) nhưng không chứa phần thực thi. Giao diện giúp một ứng dụng này sử dụng dịch vụ cung cấp bởi ứng dụng khác mà không phụ thuộc vào cách thực thi của dịch vụ đó. Cách thức làm việc này giúp các hàm không phụ thuộc chặt với nhau, khi cần thiết có thể thay thế hàm nọ bằng hàm kia mà không ảnh hưởng đến hàm cấp cao hơn.

– Đơn vị dữ liệu dịch vụ (Service Data Unit – SDU) của tầng N là mảng byte dữ liệu tầng N+1 chuyển xuống tầng N (ở máy nguồn) hoặc mảng byte dữ liệu tầng N trả về tầng N+1 (ở máy đích).

– Thông tin điều khiển của giao thức (Protocol Control Information – PCI) là chuỗi byte của giao thức chứa những thông tin cần thiết cho hoạt động của giao thức đó (như địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, v.v.).

– Đơn vị dữ liệu giao thức (Protocol Data Unit – PDU) là một chuỗi byte bao gồm chuỗi PCI gắn vào đầu chuỗi SDU, tức là PDU = PCI + SDU. 

PDU của mỗi giao thức thường có tên gọi riêng. Ví dụ, PDU của TCP được gọi là segment, PDU của UDP được gọi là datagram, PDU của IP được gọi là packet, PDU của Ethernet được gọi là frame.