OSI là bộ giao thức bẩy tầng. Một QT truyền thông tới một QT khác ở xa bằng cách chuyển dữ liệu qua bảy tầng, rồi đến tầng vật lý, và cuối cùng đi qua các tầng ở xa theo thứ tự ng−ợc lại. Chi tiết của CTĐ là bị che từ QT truyền thông và các QT này chỉ quan sát đ−ợc giao thức điểm-điểm. Trong suốt dữ liệu giữa các tầng là đạt đ−ợc (Hình 2.4). Tại nút gửi, mỗi tầng nhận một đơn vị dữ liệu giao thức (PDU: Protocol Data Unit) từ tầng ngay trên và gói PDU này với thông tin điều khiển header cho tầng ngang hàng với nó ở điểm nhận. TĐ kết hợp này (TĐ và header) đ−ợc coi là PDU cho tầng d−ới. Trong nhiều tr−ờng hợp, PDU cần đ−ợc phân đoạn do giới hạn kích th−ớc PDU của tầng d−ới. Việc phân đoạn và ghép nối lại cần trong suốt ở tầng trên.
Tại nút nhận, thông tin header đ−ợc tháo ra t−ơng ứng theo từng tầng. Cổng vào ra hoặc nút trung gian chỉ thực hiện việc l−u tạm thời và chuyển tiếp tại ba tầng phụ thuộc mạng thấp nhất. D−ới đây trình bày nội dung các tầng theo thứ tự "từ thấp lên cao".
•Tầng vật lý đặc tả đặc tr−ng điện tử và cơ học của đ−ờng truyền thông vật lý giữa cặp hai nút. Chức năng chính là cung cấp một ống dẫn bit (bit pipe) lôgic tin cậy đối với kênh truyền thông. Tín hiệu điện tử hoặc quang cần đ−ợc biến đổi thành bit và ng−ợc lại. ánh xạ tín hiệu thành bit cần đồng bộ bit: phát hiện bắt đầu của bit hoặc dãy bit. Dãy bit hoặc đ−ợc đồng bộ bit hoặc dị bộ ký tự. Dãy đồng bộ bit là một khối lớn các bit đ−ợc truyền theo tốc độ thông th−ờng. Ph−ơng pháp này cho tốc độ truyền dữ liệu cao hơn và tận dụng đ−ờng truyền thông tốt hơn. Dữ liệu dị bộ kí tự là một dãy bít có kích th−ớc nhỏ cố định đ−ợc truyền dị bộ theo ống dẫn bit. Trạm cuối h−ớng kí tự tốc độ thấp th−ờng dùng ph−ơng pháp này để chuyển dữ liệu. Việc phát và nhận bit lôgic đòi hỏi chuẩn hóa các thuộc tính điện tử và cơ học chẳng hạn nh− ph−ơng pháp mã, kỹ thuật mã hóa gồm ghi và đặc tả vật kết nối. Hai chuẩn kết nối điểm-điểm điển hình là RS232C và X.21. Hơn nữa, modem (MOdunlator/DEModunlator) có thể dùng giữa một cặp cổng RS232C và nh− vậy trở thành cổng của tuyến vật lý. Modem (đồng bộ hoặc dị bộ) bắt buộc phải chuẩn hóa. Cũng vậy, chia xẻ tuyến dùng chung, chẳng hạn dây đồng trục Ethernet, cũng đ−ợc chuẩn hóa làm tầng kết nối dữ liệu.
• Tầng điều khiển kết nối dữ liệu (DLC) đảm bảo truyền tin cậy nhóm bit (đ−ợc gọi là khuôn - frame). Giao thức kết nối dữ liệu quản lý khởi tạo cấu hình, điều khiển lỗi, tính kế tiếp, điều khiển dòng các khuôn. Cấu hình trình diễn cách thiết lập và kết thúc kết nối và xác định kết nối hai chiều hay một chiều, đồng bộ hay dị bộ. Lỗi gồm có lỗi đ−ờng truyền hoặc thiếu/lặp khuôn. Lỗi đ−ợc phát hiện nhờ cơ chế tổng kiểm tra (checksum) hoặc cơ chế quá hạn (time-out) và đ−ợc điều chỉnh lại nhờ cơ chế truyền lại hoặc truyền bản đúng của các bản lỗi. Điều khiển dãy dùng số hiệu dãy để duy trì
Vật lý Mạng Kết nối dữ liệu Vật lý Mạng Kết nối dữ liệu Vật lý Giao vận Phiên Mạng Trình diễn ứng dụng Kết nối dữ liệu Vật lý Giao vận Phiên Mạng Trình diễn ứng dụng Kết nối dữ liệu
Kết nối truyền thông Giao thức điểm - điểm
Nút trung gian
Hình 2.4. Bộ giao thức bảy tầng OSI Kết nối truyền thông
việc truyền có thứ tự các khuôn. Số hiệu còn đ−ợc dùng để phát hiện việc sót/lặp khuôn và giúp cho việc điều chỉnh dòng truyền khuôn. Dòng khuôn dữ liệu cần phải đ−ợc điều chỉnh nếu nh− nơi nhận không thể theo kịp nơi gửi, có thể do dung l−ợng quá hạn chế của bộ đệm. Việc phát một khuôn đ−ợc phép chỉ khi nó rơi vào cửa sổ bộ đệm của ng−ời gửi và ng−ời nhận. Tất cả chức năng điều khiển này làm tăng chi phí tính theo bit đ−ợc bổ sung vào khuôn dữ liệu tạo thành đầu và đuôi của khuôn. Kết quả là mỗi giao thức DLC có dạng khuôn xác định để thông dịch đúng đắn các bit trong các tr−ờng điều khiển.
Để cấu hình đa điểm, chẳng hạn nh− tuyến chung, tầng điều khiển kết nối dữ liệu đ−ợc thi hành với tầng con điều khiển truy nhập trung gian MAC (Medium Access Control) đặt giữa tầng con DLC và tầng vật lý. MAC giải quyết bài toán truy nhập kênh đa tầng.
• Tầng mạng: Do hai tầng thấp nhất (tầng vật lý và tầng kết nối dữ liệu) chỉ liên quan đến một tuyến kết nối. Tầng mạng giải quyết vấn đề gửi các gói (packet) dọc theo mạng thông qua một số đoạn tuyến kết nối. Gói là đơn vị cơ sở truyền dữ liệu trong tầng mạng. Kích th−ớc của gói khác với khuôn của tầng kết nối dữ liệu (kích th−ớc khuôn phụ thuộc vào tính chất của đ−ờng truyền dữ liệu vật lý). Gói đ−ợc gửi chuyển tiếp qua mỗi nút trên mạng theo hình thức chuyển tiếp gói từ những nút khác hoặc bắt đầu từ chính nút đó. Một câu hỏi đ−ợc đặt ra là: Đ−ờng kết nối nào sẽ đ−ợc chọn để chuyển tiếp gói dựa theo địa chỉ đích của gói? Đây là chức năng dẫn đ−ờng của tầng mạng. Các chức năng khác nh− điều khiển lỗi và dòng cũng đ−ợc thi hành ở tầng mạng, nh−ng ở mức độ cao hơn giữa các nút và thông qua các nút trung gian. Hiện t−ợng nút nào đó luôn đ−ợc −u tiên chọn theo quyết định dẫn đ−ờng có khả năng xảy ra và nút nh− vậy sẽ trở thành cổ chai trong mạng. Điều khiển dòng nhằm giảm nhẹ vấn đề này đ−ợc gọi là điều khiển tắc nghẽn. Quyết định dẫn đ−ờng có thể đ−ợc tạo tại thời điểm khi kết nối đ−ợc yêu cầu và đ−ợc thiết lập. Quyết định dẫn đ−ờng có thể tạo ra trên cơ sở gói – tiếp - gói. Hình thức hóa bằng các giả thiết của kết nối. Chẳng hạn nh− đ−ờng truyền thông đ−ợc coi nh− một chu trình ảo và có tính chất phân phát theo thứ tự các gói. Các gói đ−ợc phát theo ph−ơng pháp sau đ−ợc gọi chuyển mạch gói (datagram) và đòi hỏi thiết kế lại các gói theo dãy đúng đắn. Quyết định dẫn đ−ờng có thể tĩnh hoặc có thể đ−ợc điều chỉnh theo trạng thái mạng. Tính toán quyết định dẫn đ−ờng có thể là tập trung hoặc phân tán trên một số nút cộng tác. Bài toán dẫn đ−ờng mạng đ−ợc nghiên cứu rộng rãi.
Giữa mọi cặp nút (gửi và nhận), tồn tại một số đ−ờng để dẫn đ−ờng gói. Với một số ứng dụng phân tán, trông chờ vào cách thức dẫn đ−ờng phức. Nếu đ−ờng đi đ−ợc chọn theo thuyết không quyết định đối với mỗi gói đ−ợc chuyển tiếp, việc tải hệ thống đ−ợc làm cân bằng hơn để ngăn ngừa hiện t−ợng thắt cổ chai. Lúc đố, các gói xuất hiện có thể không tuân theo dãy. Mặt khác, việc sao bội các gói sẽ đ−ợc gửi có thể đ−a đến yêu cầu tăng hiệu năng hệ thống. Nếu chỉ tiếp nhận gói đ−ợc gửi thành công đầu tiên, có thể nhận thấy độ trễ liên nút ngắn hơn và xác suất thiếu gói giảm đi. Điều này lại đòi hỏi bổ sung cơ chế thiết kế lại gói và loại bỏ gói lặp lại. Các ứng dụng đòi hỏi hiệu năng cao và tin cậy cần có thể nâng cao tổng phí.
Hơn nữa, không phải tất cả các gói là gói dữ liệu. Sử dụng một số gói điều khiển cho giải pháp địa chỉ mạng và quảng bá trạng thái. Các giao thức này th−ờng dùng dịch vụ chuyển mạch gói do các gói của chúng là nhỏ và ngắn hạn.
•Tầng giao vận: Theo quan điểm của HĐH, đây là tầng quan trọng nhất trong bộ giao thức bảy tầng vì nó ở vị trí trung gian giữa các mạng con truyền thông (phụ thuộc mạng: tầng vật lý, tầng kết nối dữ liệu và tầng mạng) với các tầng cao hơn - độc lập mạng (tầng phiên, tầng trình diễn và tầng ứng dụng). Trách nhiệm cơ bản của tầng giao
vận là cung cấp việc truyền thông hai mút tin cậy giữa các QT ngang hàng. Lỗi-vấn đề phụ thuộc mạng sẽ đ−ợc che chắn khỏi các QT truyền thông. Các phiên truyền thông QT đ−ợc đảm bảo bởi kết nối giao vận. Tầng giao vận tại nút gửi tách thông điệp thành các gói và chuyển chúng xuống tầng mạng để chuyển trên mạng. Tầng giao vận tại nút nhận thiết kế lại các gói thành thông điệp. Một số phiên nhỏ hơn có thể đ−ợc kết hợp lại thành kết nối giao vận đơn nhằm đạt đ−ợc sự tận dụng hiệu quả hơn kết nối, nếu chúng cùng đi tới một nút. T−ơng tự, tầng giao vận có thể chấp nhận một phiên chiếm giữ kết nối giao vận phức để làm tăng thông l−ợng phiên. Việc kết hợp và tập trung trong dịch vụ giao vận cần trong suốt đối với phiên. Phiên đ−ợc phân lớp theo yêu cầu về kiểm soát lỗi và năng lực kết hợp. OSI định nghĩa 5 lớp (từ TP0 tới TP4) dịch vụ giao vận hỗ trợ phiên. Việc chọn lớp dịch vụ phụ thuộc vào yêu cầu của ứng dụng và chất l−ợng của mạng truyền thông hạ tầng. Dịch vụ truyền thông phổ dung nhất TP4 cho phép kết hợp các phiên, phát hiện lỗi và truyền lại. Nó là dịch vụ giao vận h−ớng kết nối tin cậy đối với mạng không tin cậy.
• Tầng phiên, trình diễn và ứng dụng: Các tầng trên tầng giao vận là không bản chất về mặt hệ thống và mạng truyền thông. Chúng là các dịch vụ bổ sung tới hệ thống. Tầng phiên bổ sung dịch vụ hội thoại và đồng bộ cho tầng giao vận. Hội thoại làm thuận tiện việc thiết lập phiên còn đồng bộ cho phép các QT chèn thêm các điểm kiểm tra để khôi phục hiệu quả từ hiện t−ợng sụp đổ hệ thống.
Tầng trình diễn cung cấp mã hoá dữ liệu, nén và biến đổi mã đối với TĐ bằng các sơ đồ mã hóa khác nhau.
Chuẩn hóa tầng ứng dụng dành cho ng−ời thiết kế ứng dụng, chẳng hạn dịch vụ th− điện tử và truyền file.