Bất kể bản ch t c a cỏc ng d ng c n trao i dữ ệ đ ềấ ủ ứ ụ ầ đổ li u, i u c n thi t là d li u ầ ế ữ ệ phải được trao đổi một cỏch tin cậy. Khi một khối dữ liệ được chuyể đi thành u n từng gúi, cần phải đảm bả ất cả cỏc gúi đề đế đớch và theo đỳng trỡnh tự chỳng o t u n được chuyể đn i. Ch c n ng c a l p v n chuy n là cung c p cỏc d ch v cho vi c ứ ă ủ ớ ậ ể ấ ị ụ ệ thực hiện v n chuyểậ n d liệu giữa cỏc chương trỡnh ứữ ng d ng m t cỏch tin cậy, ụ ộ bao gồm cả trỏch nhiệm khắc phục lỗi và đ ềi u khiể ưn l u thụng. Nhờ vậy mà cỏc lớp trờn cú thể thực hiện được cỏc chức năng cao cấp mà khụng cần quan tõm t i ớ cơ chế ận chuyể v n dữ liệu cụ thể.
Cỏc nhiệm vụ ụ c thể ủ c a lớp v n chuyểậ n bao gồm:
• Quản lý v tờn hỡnh th c cho cỏc tr m s d ng ề ứ ạ ử ụ
• Định vị cỏc đối tỏc truyền thụng qua tờn hỡnh thức và/hoặc địa chỉ
• Xử lý lỗi và kiểm soỏt dũng thụng tin, trong đú cú cả việc lập lại quan hệ liờn kết và th c hiện cỏc thủ ụự t c gửi lại dữ liệu khi cần thiết
• Dồn kờnh cỏc nguồn dữ liệu khỏc nhau
• Đồng bộ húa giữa cỏc trạm đối tỏc.
Để thực hi n vi c v n chuy n m t cỏch hi u qu , tin c y, m t d li u c n ệ ệ ậ ể ộ ệ ả ậ ộ ữ ệ ầ chuyể đn i cú thể được chia thành nhiề đơu n v vậị n chuy n (data segment unit) cú ể đỏnh s th tố ứ ự ể ki m soỏt trước khi b sung cỏc thụng tin ki m soỏt lưu thụng. ổ ể
Do cỏc đặ đ ểc i m riờng của mạng truyền thụng cụng nghiệp, một số nhi m vụ ệ cụ thể của lớp v n chuy n tr nờn khụng c n thi t, vớ d vi c d n kờnh ho c ki m ậ ể ở ầ ế ụ ệ ồ ặ ể soỏt lưu thụng. Một số chức năng cũn lại được dồn lờn kết hợp với lớ ứp ng d ng ụ để ệ ti n vi c th c hiệệ ự n và t o i u ki n cho người s dụạ đ ề ệ ử ng t ch n phương ỏn t i ự ọ ố ưu húa và nõng cao hi u su t truy n thụng. ệ ấ ề
Lớp mạng (network layer)
Một hệ thống mạng diện rộng (vớ dụ Internet hay mạng viễn thụng) là sự liờn kết của nhiều mạng tồn tại độc lập. Mỗi mạng này đều cú một khụng gian địa chỉ và cú một cỏch đỏnh a chỉđị riờng biệt, sử dụng cụng nghệ truyền thụng khỏc nhau. Một bứ đ ệ đc i n i từ đối tỏc A sang một đối tỏc B ở một m ng khỏc cú th ạ ể qua nhiều đường khỏc nhau, thời gian, quóng đường vận chuyển và chất lượng đường truyền vỡ th cũế ng khỏc nhau. L p m ng cú trỏch nhi m tỡm ớ ạ ệ đường i t i đ ố ưu (routing) cho vi c v n chuy n d li u, gi i phúng s ph thu c c a cỏc l p bờn ệ ậ ể ữ ệ ả ự ụ ộ ủ ớ
trờn vào phương thức chuyển giao dữ liệu và cụng nghệ chuyển mạch dựng để kết nối cỏc hệ thống khỏc nhau. Tiờu chuẩn tối ư ở đõy hoàn toàn dựa trờn yờu cầu u của cỏc đối tỏc, vớ dụ yờu cầu về thời gian, quóng đường, về giỏ thành dịch vụ hay yờu cầu v chất lượng dề ịch vụ. Việc xõy dựng và hủy bỏ cỏc quan hệ liờn kết giữa cỏc nỳt mạng c ng thu c trỏch nhiũ ộ ệm của lớp m ng. ạ
Cú thể nh n thấậ y, l p m ng khụng cú ý nghĩ đốớ ạ a i v i m t hớ ộ ệ thống truyền thụng cụng nghiệp, b i õy ho c khụng cú nhu cở ở đ ặ ầu trao đổi d liữ ệu gi a hai ữ trạm thuộc hai mạng khỏc nhau, ho c vi c trao i được th c hi n giỏn ti p thụng ặ ệ đổ ự ệ ế qua ch ng trỡnh ươ ứng d ng (khụng thuộc lớp nào trong mụ hỡnh OSI). Việc thực ụ hiện trao đổi dữ liệu thụng qua chương trỡnh ứng dụng xuất phỏt từ lý do là người sử dụng (l p trỡnh) mu n cú s ki m soỏt tr c ti p t i đường i c a mộ ứ đ ệậ ố ự ể ự ế ớ đ ủ t b c i n để đả m b o tớnh n ng th i gian th c, ch khụng mu n ph thu c vào thu t toỏn ả ă ờ ự ứ ố ụ ộ ậ tỡm đường đi tố ưi u c a cỏc bộủ router. Cũng vỡ vậy, cỏc b router thụng d ng ộ ụ trong liờn kết mạng hoàn toàn khụng cú vai trũ gỡ trong cỏc hệ thống bus trường.
Lớp liờn kết dữ liệu (data link layer)
Lớp liờn kết dữ liệu cú trỏch nhiệm truyền dẫn dữ liệu một cỏch tin cậy trong qua mối liờn kết vật lý, trong đú bao g m vi c i u khi n vi c truy nh p mụi ồ ệ đ ề ể ệ ậ trường truyền d n và bảo toàn dữ liệẫ u. L p liờn kết dữ liệớ u c ng thường được chia ũ thành hai lớp con tương ứng với hai chức năng núi trờn: Lớ đ ều khiển truy nhập p i mụi trường (medium access control, MAC) và lớ đ ềp i u khiển liờn kết logic (logical link control, LLC). Trong một số ệ thố h ng, lớp liờn kết dữ liệu cú thể đảm nhiệm thờm cỏc chức năng khỏc như kiểm soỏt lưu thụng và đồng bộ húa việc chuyển giao cỏc khung dữ liệu.
Để thực hi n ch c n ng b o toàn d li u, thụng tin nh n ệ ứ ă ả ữ ệ ậ đượ ừc t lớp phớa trờn được đúng gúi thành cỏc b c i n cú chi u dài h p lý (frame). Cỏc khung d li u ứ đ ệ ề ợ ữ ệ này chứa cỏc thụng tin bổ sung phục v m c ớch ki m l i, ki m soỏt l u thụng và ụ ụ đ ể ỗ ể ư đồng b húa. L p liờn k t d li u bờn phớa nh n thụng tin s d a vào cỏc thụng tin ộ ớ ế ữ ệ ậ ẽ ự này để xỏc định tớnh chớnh xỏc của dữ liệu, s p x p cỏc khung lại theo đỳng trỡnh ắ ế tự và khụi phục lại thụng tin để chuyển tiếp lờn lớp trờn nú.
Lớp vật lý (physical layer)
Lớp vật lý là lớp dưới cựng trong mụ hỡnh phõn lớp chức năng truyền thụng của một tr m thi t b . L p này m nhi m toàn b cụng vi c truy n d n d li u ạ ế ị ớ đả ệ ộ ệ ề ẫ ữ ệ bằng phương tiện vật lý. Cỏc qui định ở đõy mụ tả giao diện vật lý giữa một trạm thiết bị và mụi trường truyền thụng:
• Cỏc chi tiế ề ất v c u trỳc m ng (bus, cõy, hỡnh sao,...) ạ
• Kỹ thuật truyền dẫn (RS-485, MBP, truyền cỏp quang,...)
• Phương phỏp mó húa bit (NRZ, Manchester, FSK,...)
• Chế độ truy n t i (dải rộề ả ng/d i cơ ởả s /dải mang, đồng b /khụng đồộ ng b ) ộ
• Giao diện c h c (phớch c m, gi c c m,...). ơ ọ ắ ắ ắ
Lưu ý rằng lớp vật lý hoàn toàn khụng đề cậ ớp t i mụi trường truyền thụng, mà chỉ núi tới giao diện v i nú. Cú thể núi, qui địớ nh v mụi trường truyền thụng nằm ề ngoài phạm vi của mụ hỡnh OSI.
Lớp vật lý cầ được chuẩn húa sao cho một hện thống truyền thụng cú sự lựa chọn gi a một vài khả năữ ng khỏc nhau. Trong cỏc h th ng bus trường, s lựa ệ ố ự chọn này khụng lớn quỏ, hầu h t dựa trờn một vài chuẩn và kỹ thuật cơ ảế b n.
Tiến trỡnh thực hiện giao tiếp theo mụ hỡnh OSI được minh họa bằng m t vớ dụ ộ trao đổi dữ liệu giữa một mỏy tớnh đ ềi u khiển và một thiết bị đ o thụng minh, như thể hi n trờn Hỡnh 2.39. Cỏc mũi tờn nột gạch chấm biểu thịệ quan hệ giao tiếp logic giữa cỏc lớp tương đương thuộc hai trạm. Lớp v t lý thuộc trạậ m A được nối trực tiếp v i lớớ p v t lý thuộc trạm B qua cỏp truyền. Trong thực tế, cỏc chức năng ậ thuộc lớp v t lý và lớp liờn kết dữậ liệu được thực hiện h u hết trờn cỏc mạch vi ầ đ ệ ửi n t của ph n giao di n m ng. Đối v i mỏy tớnh i u khi n ho c thi t bị đầ ệ ạ ớ đ ề ể ặ ế o thỡ phần giao diện mạng cú thể tớch hợp trong phần xử lý trung tõm, hoặc dưới dạng một module riờng.
Khi chương trỡnh đ ềi u khi n trạm A cầể ở n c p nh t giỏ trị đậ ậ o, nú s sử dụng ẽ dịch vụ trao đổi dữ liệ ở lớp ứng dụu ng để gửi một yờu cầu tới trạm B. Trong thực tế, quỏ trỡnh này cú thể được thực hiệ đơn giản bằng cỏch gọn i m t hàm trong thư ộ viện giao tiếp của mạng được sử dụng. Quan h nốệ i gi a hai tr m ó được thi t ữ ạ đ ế l p s n. ậ ẵ
L p ớ ứng dụng bờn A xử lý yờu cầu của chương trỡnh đ ều khiển và chuyển tiếp i mó lệnh xu ng l p phớa dưới - lớp biố ớ ểu di n d liệễ ữ u. L p này biểớ u diễn mó l nh ệ thành một dóy bit cú độ dài và thứ tự qui ước, sau ú chuy n ti p xu ng l p ki m đ ể ế ố ớ ể soỏt n i. Lố ớp ki m soỏt nối sẽ bổể sung thụng tin phõn bi t yờu c u c p nh t d để ệ ầ ậ ậ ữ liệu xu t phỏt từấ quan hệ nối logic nào, t quỏ trỡnh tớnh toỏn nào. Bước này tr ừ ở nờn cần thiết khi trong một chương trỡnh ứng dụng cú nhiều quỏ trỡnh tớnh toỏn cạnh tranh (task) cần phải sử dụng dịch vụ trao đổi dữ liệu, và kết quả cập nhật dữ liệu phải được đưa trả ề đ v ỳng n i yờu cầu. ơ
Lớp 3-6 Lớp ứng dụng Máy tính điều khiển
(Trạm A)
Lớp liên kết dữ liệu Lớp vật lý
CT điều khiển CT thu th ập DL
Thiết bị đo (Trạm B) Lớp 3-6 Lớp ứng dụng Lớp liên kết dữ liệu Lớp vật lý Cáp truyền
Hỡnh 2.39: Vớ dụ giao tiếp theo mụ hỡnh OSI
Khối dữ liệu giao thức (PDU) từ lớp kiểm soỏt nối chuyển xuống được lớp v n ậ chuyển s p x p m t kờnh truyền tải và đảm bảo yờu cầắ ế ộ u s được chuyể ớẽ n t i bờn B một cỏch tin cậy. Sử dụng d ch v chuy n m ch và tỡm đường i t i u c a l p ị ụ ể ạ đ ố ư ủ ớ mạng, một số thụng tin sẽ được bổ sung vào bức đ ện cần truyền nếu cần thiết. i Tiếp theo, lớp liờn kết dữ liệu g n thờm cỏc thụng tin bảo toàn dữ liệu, sử dụng ắ thủ tục truy nhập mụi trường để chuyển bức đ ện xuống lớp vật lý. Cuối cựng, cỏc i vi mạch i n t dưới lớđ ệ ử p v t lý (vớ dụ cỏc bộ thu phỏt RS-485) chuyển húa dóy bit ậ sang một dạng tớn hiệu thớch hợp v i ớ đường truyền (mó húa bit) để gửi sang bờn B, với m t tộ ố độc truyền - hay núi cỏch khỏc là tố độc mó húa bit - theo qui ước.
Quỏ trỡnh ngược lại diễn ra bờn B. Qua lớp v t lý, tớn hiệậ u nh n được đượậ c giải mó và dóy bit dữ liệu được khụi ph c. Mụ ỗ ớp phớa trờn sẽ phõn tớch phần thụng i l tin bổ sung của mỡnh để thực hiện cỏc chức năng tương ng. Trước khi chuy n lờn ứ ể lớp trờn tiếp theo, phần thụng tin này được tỏch ra. Đương nhiờn, cỏc quỏ trỡnh này đũi hỏi hai lớ đốp i tỏc của hai bờn phải hiểu được thụng tin đú cú cấu trỳc và ý nghĩa như thế nào, tức là phải sử dụng cựng m t giao th c. Cu i cựng, chương ộ ứ ố trỡnh thu thập d liữ ệu bờn thiế ị đt b o nhận được yờu cầu và chuyển giỏ trị đ o c p ậ nhật trở ại trạm A cũng theo đỳng trỡnh tự l như trờn.
2.8.5 Kiến trỳc giao thức TCP/IP
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) là kết quả nghiờn cứu và phỏt triển giao thức trong mạng chuyển mạch gúi thử nghiệm mang tờn Arpanet do ARPA (Advanced Research Projects Agency) thuộc Bộ qu c phũng ố Hoa kỳ tài trợ. Khỏi niệm TCP/IP dựng để chỉ cả mộ ật t p giao th c và d ch v ứ ị ụ truyền thụng được cụng nhận thành chuẩn cho Internet. Cho đến nay, TCP/IP ó đ xõm nhậ ớp t i rất nhiều phạm vi ứng d ng khỏc nhau, trong ụ đú cú cỏc mạng mỏy tớnh cục bộ và mạng truyền thụng cụng nghiệp.
Kiến trỳc giao thức TCP/IP và đối chiếu v i mụ hỡnh OSI ớ được minh họa trờn Hỡnh 2.40. Khỏc với OSI, thực ra khụng cú một mụ hỡnh giao th c nào được cụng ứ bố chớnh thức cho TCP/IP. Tuy nhiờn, dựa theo cỏc chuẩn giao thức đó được phỏt triển, ta cú thể sắp x p cỏc chức năng truyềế n thụng cho TCP/IP thành n m lớ độă p c lập là lớ ứng dụng, lớp vận chuyển, lớp Internet, lớp truy nhập mạp ng và l p v t ớ ậ lý.
Nếu tỏch riờng TCP và IP thỡ đú là những chuẩn riờng về giao thức truyền thụng, tương đương với lớp vận chuyển và lớp mạng trong mụ hỡnh OSI. Nhưng người ta cũng dựng TCP/IP để chỉ một mụ hỡnh truy n thụng, ra đời trước khi cú ề chuẩn OSI.
Lớp ứng dụng
L p ớ ứng dụng thực hiện cỏc chức năng hỗ trợ cần thi t cho nhi u ng d ng ế ề ứ ụ khỏc nhau. Với m i loỗ ại ứng d ng c n m t module riờng bi t, vớ dụụ ầ ộ ệ FTP (File
Transfer Protocol) cho chuyển giao file, TELNET cho làm vi c với trạm chủ từ ệ
xa, SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) cho chuyển thư đ ệ i n t , SNMP ử (Simple Network Management Protocol) cho quản trị mạng và DNS (Domain
Name Service) phục vụ quản lý và tra cứu danh sỏch tờn và địa chỉ Internet.
Lớp ứng dụng
Lớp bi ểu diễn dữ liệu
Lớp ki ểm soát nối Lớp v ận chuy ển Lớp m ạ ng Lớp liên kết dữ liệu