Tổ chức ISO - International Organization for Standardization vào năm 1984 đã ra mô hình tham khảo OSI giúp cho các nhà sản xuất khác nhau có thể dựa vào đó để sản xuất ra các thiết bị ( phần cứng cũng như phần mềm) có thể liên lạc và làm việc được với nhau.

ISO được đưa ra mô hình 7 lớp (layers, ) cho mạng, gọi là mô hình tham khảo OSI (Open System Interconnection Reference Model).

Mô hình OSI gồm 7 lớp. Mỗi lớp đều có thực hiện 1 chức năngriêng vàđưa kết quả qua lớp khác. Mỗi lớp cung cấp dịch vụ cho lớp trên nó. Dữ liệu bắt đầu từ lớp Application và gửi xuống các lớp để đến với lớp Physical. Mỗi giao thức ở mỗi lớp tiếp theo xử lý tính toán công việc của nó rồi gắn thêm thông tin của mìnhvào dữ liệu đã được gửi tới từ lớp trên nó. Máy tính sẽ nhận dữ liệu tại lớp Physical và gửi nó lên lớp Application. Quá trình sẽ được lặp lại cho đến khi dữ liệu kết thúc.

OSI chỉ là mô hình chứ không phải là một protocol.

1.The Application Layer(Lớp ứng dụng)

Lớp Application, lớp cao nhất trong mô hình OSI, lớp này không đề cập đến các ứng dụng thông thừơng như word,.., mà nó bao gồm phần mềm mạng phục vụ việc nối kết người dùng với mạng, cung cấp những giao diện người dùng (user interface) và những đặc trưng của ứng dụng.

Lớp này chịu trách nhiệm xác lập cách tương tác giữa các dịch vụ mạng (các ứng dụng) và mạng.

Cung cấp các dịch vụ chuyển file, dịch vụ mail, terminal emulation. Lớp Application còn hỗ trợ phục hồi lỗi.

2.Lớp Presentation

Định dạng giữa nhiều dạng dữ liệu khác nhau thành một dạng dữ liệu chung. Các chức năng nén, giải nén, mã hóa và giải mã, xác định kiểu và cấu trúc của dữ liệu, chuyển đổi dữ liệu … thuộc về lớp này. Nó còn có chức năng đồng bộ dữ liệu.

3.Lớp Session

Lớp session có nhiệm vụ thiết lập, đồng bộ, duy trì và kết thúc 1 phiên làm việc giữa 2 máy với nhau. Cung cấp dịch vụ cho lớp presentation. Các chức năng ở lớp này là xác thực bảo mật, thiết lập kết nối ID, chuyển đổi dữ liệu, xác thực, giải phóng kết nối... Mỗi giao tiếp đều yêu cầu mốc kiểm tra gọi làcheckpoints. Mỗi dữ liệu không nhận được sẽ được gửi lại kể từ cột mốc truyền nhận tốt cuối cùng. Điều chỉnh checkpoints để tính toán kết nối tin cậy và không tin cậy, cải thiện số lượng truyền nhận thực sự.

4.Lớp Transport

Lớp này quản lý việc chuyển dữ liệu giữa các thiết bị như: kiểm tra lỗi, phục hồi và điều khiển luồng dữ liệu (data flow control). Nó hoàn thành việc chuyển các dữ liệu mà không có sự trùng lắp hay sai sót nào.

Lớp transport chia nhỏ dữ liệu ở bên phát và phục hồi lại thành dữ liệu như ban đầu ở bên thu, nếu nhận được bên thu sẽ gửi ACK cho bên gửi. Lớp này quyết định cách xử lý các lỗi phát sinh khi truyền dữ liệu và nhận các thông tin từ lớp tiếp xúc, phân chia thành các đơn vị dữ liệu nhỏ hơn và chuyển chúng tới lớp Network.

5.Lớp Network

Có nghĩa vụ chuyển đổi tên logic sang địa chỉ vật lý, lớp mạng cung cấp khả năng kết nối và xác định đường dẫn vật lý tốt nhất để nguồn thông tin đi theo từ nguồn đến đích. Các gói dữ liệu có thể truyền đi theo từng đường khác nhau để tới đích để bảo đảm chất lượng dịch vụ. Do vậy, lớp này phải chỉ ra được con đường nào dữ liệu có thể đi và con đường nào bị nghẽn tại thời điểm đó. Các giao thức tìm đường đi đều nằm ở lớp này.

6.Lớp Data Link

Lớp kết nối dữ liệu cung cấp khả năng truyền dữ liệu thông qua một kết nối vật lý. Nó lấy dữ liệu thô từ lớp vật lý và tạo cho nó cấu trúc logic bao gồm: data truyền đi đâu, máy nào gửi,..Lớp này cung cấp các thông tin về : địa chỉ vật lý, cấu trúc mạng, phương thức truy cập các kết nối vật lý, thông báo lỗi và quản lý lưu thông , quản lý frame được gửi (theo cơ chế ACK) trên mạng.

Lớp data link chuẩn bị dữ liệu cho việc chuyển qua kênh truyền. Để chuyển dữ liệu đến đích, data link sắp xếp tín hiệu thành những khối thông tin logic được gọi là frames(khung). Frames này sẽ được chuyển xuống tầng vật lý, để chắc chắn frames có chiều dài thích hợp với tầng vật lý, lớp Data Link có thể phân khúc dữ liệu đến từ các lớp trên nó. Để nhận dữ liệu tại đích, nó sắp xếp lại các dữ liệu đã phân đoạn trước đó và cố gắng tìm và hiệu chỉnh lỗitrong quá trình truyền đã xảy ra tại tầng vật lý.

Lớp Data Link thật ra được chia thành 2 lớp con:

- The Media Access Control (MAC): Data link cung cấp một hệ thống mà thông qua các thiết bị mạng có thể chia sẻ kênh truyền.

- The Logical Link Control (LLC): Thiết lập và duy trì kết nối giữa các thiết bị với nhau trong khi truyền.

7.Lớp Physical

Lớp này cung cấp giao tiếp kỹ thuật về điện, cơ khí, máy móc. Các đặc điểm cụ thể của lớp này là: các bố trí, dạng kết nối type, tốc độ truyền vật lý, khoảng cách tối đa, các đầu nối.... Thực chất của lớp này là thực hiện việc kết nối các phần tử của mạng thành một hệ thống bằng các kết nối vật lý, ở mức này sẽ có các thủ tục đồngbộ cho các yêu cầu hoạt động nhằm tạo ra các đường truyền vật lý cho các chuỗi bit thông tin.

Các chức năng chủ yếu của các tầng của mô hình OSI.

1. Tầng Vật lý (Physical)

Tầng vật lý (Physical layer) là tầng dưới cùng của mô hình OSI là. Nó mô tả các đặc trưng vật lý của mạng: Các loại cáp được dùng để nối các thiết bị, các loại đầu nối được dùng , các dây cáp có thể dài bao nhiêu v.v... Mặt khác các tầng vật lý cung cấp các đặc trưng điện của các tín hiệu được dùng để khi chuyển dữ liệu trên cáp từ một máy này đến một máy khác của mạng, kỹ thuật nối mạch điện, tốc độ cáp truyền dẫn.

Tầng vật lý không qui định một ý nghĩa nào cho các tín hiệu đó ngoài các giá trị nhị phân 0 và 1. Ở các tầng cao hơn của mô hình OSI ý nghĩa của các bit được truyền ở tầng vật lý sẽ được xác định.

Ví dụ: Tiêu chuẩn Ethernet cho cáp xoắn đôi 10 baseT định rõ các đặc trưng điện của cáp xoắn đôi, kích thước và dạng của các đầu nối, độ dài tối đa của cáp.

Khác với các tầng khác, tầng vật lý là không có gói tin riêng và do vậy không có phần đầu (header) chứa thông tin điều khiển, dữ liệu được truyền đi theo dòng bit.

Một giao thức tầng vật lý tồn tại giữa các tầng vật lý để quy định về phương thức truyền (đồng bộ, phi đồng bộ), tốc độ truyền.

2. Tầng Liên kết dữ liệu (Data link)

Tầng liên kết dữ liệu (data link layer) là tầng mà ở đó ý nghĩa được gán cho các bit được truyền trên mạng. Tầng liên kết dữ liệu phải quy định được các dạng thức, kích thước, địa chỉ máy gửi và nhận của mỗi gói tin được gửi đi. Nó phải xác định cơ chế truy nhập thông tin trên mạng và phương tiện gửi mỗi gói tin sao cho nó được đưa đến cho người nhận đã định.

Tầng liên kết dữ liệu có hai phương thức liên kết dựa trên cách kết nối các máy tính, đó là phương thức "điểm - điểm" và phương thức "điểm - điểm". Với phương thức "điểm - điểm" các đường truyền riêng biệt được thiết lâp để nối các cặp máy tính lại với nhau. Phương thức "điểm - điểm" tất cả các máy phân chia chung một đường truyền vật lý.

Tầng liên kết dữ liệu cũng cung cấp cách phát hiện và sửa lỗi cơ bản để đảm bảo cho dữ liệu nhận được giống hoàn toàn với dữ liệu gửi đi. Nếu một gói tin có lỗi không sửa được, tầng liên kết dữ liệu phải chỉ ra được cách thông báo cho nơi gửi biết gói tin đó có lỗi để nó gửi lại.

Các giao thức tầng liên kết dữ liệu chia làm 2 loại chính là các giao thức hướng ký tư và các giao thức hướng bit. Các giao thức hướng ký tự được xây dựng dựa trên

các ký tự đặc biệt của một bộ mã chuẩn nào đó (như ASCII hay EBCDIC), trong khi đó các giao thức hướng bit lại dùng các cấu trúc nhị phân (xâu bit) để xây dựng các phần tử của giao thức (đơn vị dữ liệu, các thủtục.) và khi nhận, dữ liệu sẽ được tiếp nhận lần lượt từng bit một.

3. Tầng Mạng (Network)

Tầng mạng (network layer) nhắm đến việc kết nối các mạng với nhau bằng cách tìm đường (routing) cho các gói tin từ một mạng này đến một mạng khác. Nó xác định việc chuyển hướng, vạch đường các gói tin trong mạng, các gói này có thể phải đi qua nhiều chặng trước khi đến được đích cuối cùng. Nó luôn tìm các tuyến truyền thông không tắc nghẽn để đưa các gói tin đến đích.

Tầng mạng cung các các phương tiện để truyền các gói tin qua mạng, thậm chí qua một mạng của mạng (network of network). Bởi vậy nó cần phải đáp ứng với nhiều kiểu mạng và nhiều kiểu dịch vụ cung cấp bởi các mạng khác nhau. hai chức năng chủ yếu của tầng mạng là chọn đường (routing) và chuyển tiếp (relaying). Tầng mạng là quan trọng nhất khi liên kết hai loại mạng khác nhau như mạng Ethernet với mạng Token Ring khi đó phải dùng một bộ tìm đường (quy định bởi tầng mạng) để chuyển các gói tin từ mạng này sang mạng khác và ngược lại.

Đối với một mạng chuyển mạch gói (packet - switched network) - gồm tập hợp các nút chuyển mạch gói nối với nhau bởi các liên kết dữ liệu. Các gói dữ liệu được truyền từ một hệ thống mở tới một hệ thống mở khác trên mạng phải được chuyển qua một chuỗi các nút. Mỗi nút nhận gói dữliệu từ một đường vào (incoming link) rồi chuyển tiếp nó tới một đường ra (outgoing link) hướng đến đích của dữ liệu. Như vậy ở mỗi nút trung gian nó phải thực hiện các chức năng chọn đường và chuyển tiếp.

Việc chọn đường là sự lựa chọn một con đường để truyền một đơn vị dữ liệu (một gói tin chẳng hạn) từ trạm nguồn tới trạm đích của nó. Một kỹ thuật chọn đường phải thực hiện hai chức năng chính sau đây:

− Quyết định chọn đường tối ưu dựa trên các thông tin đã có về mạng tại thời điểm đó thông qua những tiêu chuẩn tối ưu nhất định.

− Cập nhật các thông tin về mạng, tức là thông tin dùng cho việc chọn đường, trên mạng luôn có sự thay đổi thường xuyên nên việc cập nhật là việc cần thiết. Người ta có hai phương thức đáp ứng cho việcchọn đường là phương thức xử lý tập trung và xử lý tại chỗ.

− Phương thức chọn đường xử lý tập trung được đặc trưng bởi sự tồn tại của một (hoặc vài) trung tâm điều khiển mạng, chúng thực hiện việc lập ra các bảng đường đi tại từng thời điểm cho các nút và sau đó gửi các bảng chọn đường tới từng nút dọc theo con đường đã được chọn đó. Thông tin tổng thể của mạng cần dùng cho việc chọn đường chỉ cần cập nhập và được cất giữ tại trung tâm điều khiển mạng.

− Phương thức chọn đường xử lý tại chỗ được đặc trưng bởi việc chọn đường được thực hiện tại mỗi nút của mạng. Trong từng thời điểm, mỗi nút phải duy trì các thông tin của mạng và tự xây dựng bảng chọn đường cho mình. Như vậy các thông tin tổng thể của mạng cần dùng cho việc chọn đường cần cập nhập và được cất giữ tại mỗi nút.

Thông thường các thông tin được đo lường và sử dụng cho việc chọn đường bao gồm:

− Trạng thái của đường truyền.

− Thời gian trễ khi truyền trên mỗi đường dẫn.

− Mức độ lưu thông trên mỗi đường.

− Các tài nguyên khả dụng của mạng.

Khi có sự thay đổi trên mạng (ví dụ thay đổi về cấu trúc của mạng do sự cố tại một vài nút, phục hồi của một nút mạng, nối thêm một nút mới... hoặc thay đổi về mức độ lưu thông) các thông tin trên cần được cập nhật vào các cơ sở dữ liệu về trạng thái của mạng.

4. Tầng Vận chuyển (Transport)

Tầng vận chuyển cung cấp các chức năng cần thiết giữa tầng mạng và các tầng trên. nó là tầng cao nhất có liên quan đến các giao thức trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống mở. Nó cùng các tầng dưới cung cấp cho người sử dụng các phục vụ vận chuyển.

Tầng vận chuyển (transport layer) là tầng cơ sở mà ở đó một máy tính của mạng chia sẻ thông tin với một máy khác. Tầng vận chuyển đồng nhất mỗi trạm bằng một địa chỉ duy nhất và quản lý sự kết nối giữa các trạm. Tầng vận chuyển cũng chia các gói tin lớn thành các gói tin nhỏ hơn trước khi gửi đi. Thông thường tầng vận chuyển đánh số các gói tin và đảm bảo chúng chuyển theo đúng thứ tự.

Tầng vận chuyển là tầng cuối cùng chịu trách nhiệm về mức độ an toàn trong truyền dữ liệu nên giao thức tầng vận chuyển phụthuộc rất nhiều vào bản chất của tầng mạng.