C. LƯỢNG: Kộm Tố tH nch ạế Tốt
123 45 6 78 I-Format 0 N(S) P/F N(R)
2.8.4 Kiến trỳc giao thức OS
Trờn thực tế, khú cú thể xõy dựng được một mụ hỡnh chi tiết thống nh t về ấ chuẩn giao thức và dịch vụ cho tất cả cỏc hệ thống truyền thụng, nhất là khi cỏc hệ thống rất đa dạng và tồn tại độc lập. Chớnh vỡ vậy, n m 1983 tổă chức chuẩn hoỏ quốc tế ISO đó đưa ra chuẩn ISO 7498 với mụ hỡnh qui chiếu OSI Open System (
Interconnection - Reference Model), nhằm h tr xõy d ng cỏc hệỗ ợ ự th ng truy n ố ề thụng cú khả ă n ng tương tỏc.
Lưu ý rằng, ISO/OSI hoàn toàn khụng phải là một chuẩn thống nhất về giao thức, cũng khụng phải là một chuẩn chi ti t v dịế ề ch v truy n thụng. Cú th th y, ụ ề ể ấ chuẩn này khụng đưa ra bất kỳ một qui nh nào v cấđị ề u trỳc m t b c i n, c ng ộ ứ đ ệ ũ như khụng định nghĩa bất cứ một chu n d ch v cẩ ị ụ ụ th nào. OSI ch là m t mụ ể ỉ ộ hỡnh kiến trỳc phõn lớp với mụ đc ớch ph c vụ ụ việc sắp xếp và đối chiếu cỏc hệ thống truyền thụng cú sẵn, trong đú cú cả việc so sỏnh, i chiếu cỏc giao thức và đố dịch vụ truyền thụng, cũng nh c sư ơ ở cho việc phỏt triển cỏc hệ thống mới.
Theo mụ hỡnh OSI, chức năng hay dịch vụ của m t h th ng truy n thụng được ộ ệ ố ề chia thành bả ớy l p, tương ng v i m i l p d ch v là m t l p giao th c. Cỏc l p ứ ớ ỗ ớ ị ụ ộ ớ ứ ớ này cú thể do ph n c ng hoặc phầ ứ ần m m thựề c hiện, tuy nhiờn chuẩn này khụng đề cập tới chi tiết một đối tỏc truyền thụng phải thực hiện từng lớ đú như thế nào. p Một lớp trờn thực hiện dịch vụ của mỡnh trờn cơ sở ử ụ s d ng cỏc d ch vị ụ ở ộ ớ m t l p phớa dưới và theo đỳng giao thức qui định tương ng. Thụng thườứ ng, cỏc dịch vụ
cấp thấp do phần cứng (cỏc vi mạch đ ện tử) thực hiện, trong khi cỏc dịch vụ cao i cấp do phần mềm (hệ đ ều hành, phần mề đ ề i m i u khi n, ph n m m ng d ng) m ể ầ ề ứ ụ đả nhiệm.
Việc phõn lớp khụng nh ng cú ý nghĩa trong việc mụ tả đốữ , i chiếu cỏc hệ thống truyền thụng, mà cũn giỳp ớch cho việc thiết kế cỏc thành phần giao diện m ng. ạ Một lớp bất kỳ trong bảy lớp cú thể thay đổi trong cỏch thực hiện mà khụng ảnh hưởng tới cỏc lớp khỏc, chừng nào nú giữ nguyờn giao diện với lớp trờn và lớp dưới nú. Vỡ đõy là một mụ hỡnh qui chiếu cú tớnh chất dựng để tham khảo, khụng phải hệ thống truyền thụng nào cũng thực hiện đầ đủ cả bả ớ đy y l p ú. Vớ d , vỡ lý ụ do hiệu suất trao đổi thụng tin và giỏ thành thực hiệ đốn, i với cỏc hệ thống bus trường thụng thường chỉ thực hiện cỏc l p 1, 2 và 7. Trong cỏc trường hợp này, cú ớ thể mộ ốt s lớp khụng th c s cầự ự n thi t ho c ch c năế ặ ứ ng c a chỳng được ghộp v i ủ ớ một lớp khỏc (vớ dụ ới lớ ứ v p ng dụng).
Một mụ hỡnh qui chiếu tạo ra cơ sở, nh ng khụng m b o kh năng tương tỏc ư đả ả ả giữa cỏc hệ thống truyền thụng, cỏc thiết bị truyền thụng khỏc nhau. Với việc định nghĩa bảy lớp, OSI đưa ra một mụ hỡnh trừu tượng cho cỏc quỏ trỡnh giao tiếp phõn cấp. N u hai hế ệ thống thực hiện cựng cỏc dịch vụ và trờn cơ sở một giao thức giống nhau ở mộ ớt l p, thỡ cú ngh a là hai h th ng cú kh năĩ ệ ố ả ng tương tỏc ở l p ớ đú. Mụ hỡnh OSI cú thể coi như một cụng trỡnh khung, h tr vi c phỏt tri n ỗ ợ ệ ể và đặc tả cỏc chuẩn giao thức.
Cỏc lớp trong mụ hỡnh qui chiếu OSI và quan hệ gi a chỳng với nhau ữ được
minh họa trờn
Bên gửi Bên nhận
Đ −ờng đi của dữ liệu
Quan hệ giao tiếp logic giữa các lớp
Ch−ơng trình ứng dụng Ch−ơng trình ứng dụng
Lớp ứng dụng Application
Lớp biểu diễn dữ liệu Presentation
Lớp kiểm soát nối Session Lớp vận chuyển Transpor t Lớp mạng Network Lớp liên kết dữ liệu Data Link Lớp vật lý Physical
Môi tr−ờng truyền thông 7 6 5 4 3 2 1 7 6 5 4 3 2 1
Hỡnh 2.38. Tương ứng với mỗi lớp là một (nhúm) chức năng c trưng cho cỏc đặ dịch vụ và giao thức.
Cần phải nhấn mạnh rằng, bản thõn mụi trường truyền thụng và cỏc chương trỡnh ứng d ng khụng thuộc phạm vi ụ đề cập c a chu n OSI. Nh vậủ ẩ ư y, cỏc l p ớ ở đõy chớnh là cỏc l p ch c n ng trong cỏc thành ph n giao di n m ng c a m t tr m ớ ứ ă ầ ệ ạ ủ ộ ạ thiết bị, bao gồm cả ph n cứng ghộp nối và phầầ n m m cơ ởề s . Cỏc mũi tờn nột gạch chấm biểu thị quan hệ logic giữa cỏc đối tỏc thuộc cỏc lớp tương ng, trong khi ứ cỏc mũi tờn nột liền chỉ đường i thựđ c c a dủ ữ liệu.
Lớp ứng dụng (application layer)
L p ớ ứng dụng là lớp trờn cựng trong mụ hỡnh OSI, cú chức năng cung cấp cỏc dịch vụ cao cấp (trờn cơ sở cỏc giao th c cao c p) cho người s dụng và cỏc ứ ấ ử chương trỡnh ứng d ng. Vớ d , cú thể sắụ ụ p x p cỏc d ch v và giao th c theo chu n ế ị ụ ứ ẩ
MMS cũng nh cỏc dẫn xuất của nú sử dụư ng trong m t s hệộ ố th ng bus trường ố thuộc lớ ứp ng dụng.
Bên gửi Bên nhận
Đ −ờng đi của dữ liệu
Quan hệ giao tiếp logic giữa các lớp
Ch−ơng trình ứng dụng Ch−ơng trình ứng dụng
Lớp ứng dụng Application
Lớp biểu diễn dữ liệu Presentation
Lớp kiểm soát nối Session Lớp vận chuyển Transpor t Lớp mạng Network Lớp liên kết dữ liệu Data Link Lớp vật lý Physical
Môi tr−ờng truyền thông 7 6 5 4 3 2 1 7 6 5 4 3 2 1
Hỡnh 2.38: Mụ hỡnh qui chiếu ISO/OSI
Cỏc dịch vụ thuộc lớ ứp ng d ng h u h t ụ ầ ế được thực hiện b ng ph n m m. ằ ầ ề Thành phần ph n m m này cú thể ầ ề được nhỳng sẵn trong cỏc linh kiện giao diện mạng, hoặc dưới dạng phần mềm đ ều khiển (drivers) cú thể nại p lờn khi c n thi t, ầ ế và/hoặc một thư viện cho ngụn ngữ lập trỡnh chuyờn dụng ho c ngụn ngữ ập trỡnh ặ l phổ thụng. Để cú khả năng s dụử ng d dàng trong m t chương trỡnh ng d ng (vớ ễ ộ ứ ụ d iụ đ ều khiển cơ sở ho c i u khi n giỏm sỏt), nhi u h th ng cung c p cỏc d ch ặ đ ề ể ề ệ ố ấ ị vụ này thụng qua cỏc khối chức năng (function block). Đối với cỏc thiế ịt b trường thụng minh, cỏc khối chức năng này khụng chỉ đơn thu n mang tớnh chầ ất của dịch vụ truyền thụng, mà cũn tớch hợp c m t s ch c năả ộ ố ứ ng x lý thụng tin, thậm chớ cả ử đ ềi u khi n t i ch . õy c ng chớnh là xu hướng mớể ạ ỗ Đ ũ i trong vi c chu n húa l p ng ệ ẩ ớ ứ
dụng cho cỏc hệ thống bus trường, hướng tới kiến trỳc đ ều khiển phõn tỏn triệt i để.
Lớp biểu diễn dữ liệu (presentation layer)
Trong một mạng truyền thụng, vớ dụ mạng mỏy tớnh, cỏc tr m mỏy tớnh cú thể ạ cú kiến trỳc rất khỏc nhau, sử dụng cỏc h i u hành khỏc nhau và vỡ v y cỏch ệ đ ề ậ biểu diễn dữ liệu của chỳng cũng cú thể rất khỏc nhau. S khỏc nhau trong cỏch ự biểu diễn dữ liệu cú thể là độ dài khỏc nhau cho một kiểu dữ liệu, hoặc cỏch sắp xếp cỏc byte khỏc nhau trong một kiểu nhiều byte, hoặc sử dụng b ng mó ký t ả ự khỏc nhau. Vớ dụ, m t số nguyờn cú kiểu integer cú thể ểộ bi u di n b ng 2 byte, 4 ễ ằ byte hoặc 8 byte, tựy theo thế ệ h CPU, hệ đ ề i u hành và mụ hỡnh lập trỡnh. Ngay cả một kiểu integer cú chiều dài 2 byte cũng cú hai cỏch sắp xếp thứ tự byte giỏ tr ị cao đứng trước hay đứng sau byte giỏ trị thấp. Một vớ dụ khỏc là sự khỏc nhau trong cỏch sử dụng b ng mó ký t trong cỏc h th ng v n chuy n th i n t , gõy ả ự ệ ố ậ ể ư đ ệ ử ra khụng ớt rắc rối cho người sử dụng thu c cỏc nước khụng núi ti ng Anh. Trong ộ ế khi đa số cỏc hệ thống m i sử dụng 8 bit, thỡ mộ ố ệ ốớ t s h th ng c ch x lý được ký ũ ỉ ử tự 7 bit, vỡ vậy một số ký tự được mó húa với giỏ trị ớ l n h n 127 b hi u sai. ơ ị ể
Chức năng của lớp biểu diễn dữ liệu là chuyể đổn i cỏc dạng biểu diễn dữ liệu khỏc nhau về cỳ phỏp thành một dạng chuẩn, nh m tạ đ ềằ o i u ki n cho cỏc đối tỏc ệ truyền thụng cú thể hiểu được nhau mặc dự chỳng sử dụng cỏc ki u d li u khỏc ể ữ ệ nhau. Núi một cỏch khỏc, lớp bi u diễể n d liệữ u gi i phúng sựả ph thuộc c a lụ ủ ứp ứng d ng vào cỏc phương phỏp bi u di n d li u khỏc nhau. Ngoài ra, l p này cũn ụ ể ễ ữ ệ ớ cú thể cung cấp m t số dịộ ch v bảụ o m t d li u, vớ d qua phương phỏp s dụng ậ ữ ệ ụ ử mó khúa.
Nếu như cỏch biểu diễn dữ liệ được thống nhất, chuẩn húa, thỡ chức năng này u khụng nhất thiết phải tỏch riờng thành một lớ độp c lập, mà cú thể kết h p th c ợ ự hiện trờn lớ ứng dụp ng để đơn giản húa và nõng cao hiệu suất của việc xử lý giao thức. Đõy chớnh là mộ đặc trưng trong cỏc hệ thống bus trường. t
Lớp kiểm soỏt nối (session layer)
Một quỏ trỡnh truyền thụng, vớ dụ trao đổi dữ liệu giữa hai chương trỡnh ứng dụng thuộc hai nỳt mạng, thường được tiến hành thành nhiều giai đ ạn. Cũng nhưo việc giao tiếp giữa hai người cần cú việc tổ chức mối quan hệ, giữa hai đối tỏc truyền thụng cần cú sự hỗ ợ tr tổ ch c m i liờn k t. L p ki m soỏt n i cú ch c ứ ố ế ớ ể ố ứ năng kiểm soỏt mối liờn kết truyền thụng giữa cỏc chương trỡnh ứng dụng, bao gồm cỏc việc tạo lập, quản lý và kết thỳc cỏc đường nối giữa cỏc ứng dụng đối tỏc. Cần ph i nhắc lại rằả ng, m i liờn kết giữa cỏc chương trỡnh ố ứng d ng mang ụ tớnh chất logic; thụng qua một mối liờn k t v t lý (gi a hai tr m, gi a hai nỳt ế ậ ữ ạ ữ mạng) cú thể tồn t i song song nhi u ạ ề đường n i logic. Thụng thường, ki m soỏt ố ể nối thuộc chức năng của hệ đ ều hành. Để thực hiện cỏc đường nối giữa hai i ứng d ng ụ đối tỏc, hệ đ ều hành cú thể tạ i o cỏc quỏ trỡnh tớnh toỏn song song (c nh ạ tranh). Như ậ v y, nhi m vụ đồệ ng b húa cỏc quỏ trỡnh tớnh toỏn này đối vớộ i việc sử
dụng chung một giao diện mạng cũng thuộc chức năng của lớp kiểm soỏt nối. Chớnh vỡ thế ớ, l p này cũn cú tờn là l p ớ đồng b húaộ .
Trong cỏc hệ thống bus trường, quan hệ nối gi a cỏc chương trỡnh ng d ng ữ ứ ụ được xỏc định s n (quan h t nh) nờn l p ki m soỏt n i khụng úng vai trũ gỡ ỏng ẵ ệ ĩ ớ ể ố đ đ k . ể Đối với một số ệ thống khỏc, chức nă h ng của lớp này được đẩy lờn kết hợp với l p ng dớ ứ ụng vỡ lý do hiệu suất xử lý truyền thụng.
Lớp vận chuyển (transport layer)
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