Mô hình Open Systems Interconnection (OSI) định nghĩa khung mạng để triển khai giao thức theo lớp, với điều khiển chuyển từ lớp này sang lớp khác. Ngày nay nó chủ yếu dùng như công cụ giảng dạy. Nó chia kiến trúc mạng máy tính thành 7 lớp theo trình tự logic.
Các lớp thấp xử lý tín hiệu điện, khối dữ liệu nhị phân, và định tuyến dữ liệu này qua các mạng. Các lớp cao bao gồm yêu cầu/phản hồi mạng, biểu diễn dữ liệu, và giao thức mạng, từ góc nhìn người dùng.
Minh họa hoạt hình 7 lớp của mô hình OSI
Mô hình OSI ban đầu được thiết kế như kiến trúc tiêu chuẩn cho xây dựng hệ thống mạng, và nhiều công nghệ mạng phổ biến ngày nay phản ánh thiết kế lớp của OSI.
Lớp 1: Lớp Vật Lý (Physical Layer)
Tại Lớp 1, Lớp Vật lý của mô hình OSI chịu trách nhiệm truyền cuối cùng các bit dữ liệu số từ Lớp Vật lý của thiết bị gửi (nguồn) qua phương tiện truyền thông mạng đến Lớp Vật lý của thiết bị nhận (đích).
Ví dụ công nghệ lớp 1 bao gồm cáp Ethernet và hub. Cũng vậy, hub và các bộ lặp lại (repeater) khác là thiết bị mạng tiêu chuẩn hoạt động tại Lớp Vật lý, cũng như các đầu nối cáp.
Tại Lớp Vật lý, dữ liệu được truyền bằng kiểu tín hiệu được phương tiện vật lý hỗ trợ: điện áp, tần số radio, hoặc xung hồng ngoại/ánh sáng thường.
Lớp 2: Lớp Liên Kết Dữ Liệu (Data Link Layer)
Khi lấy dữ liệu từ Lớp Vật lý, Lớp Liên Kết Dữ liệu kiểm tra lỗi truyền tải vật lý và gói các bit thành khung dữ liệu (data frames). Lớp này cũng quản lý sơ đồ định địa chỉ vật lý như địa chỉ MAC cho mạng Ethernet, kiểm soát quyền truy cập thiết bị mạng vào phương tiện vật lý.
Vì Lớp Liên Kết Dữ liệu là lớp phức tạp nhất trong mô hình OSI, nó thường được chia thành hai phần: phân lớp Kiểm soát Truy cập Môi trường (Media Access Control - MAC) và phân lớp Kiểm soát Liên kết Logic (Logical Link Control - LLC).
Lớp 3: Lớp Mạng (Network Layer)
Lớp Mạng thêm khái niệm định tuyến (routing) lên trên Lớp Liên Kết Dữ liệu. Khi dữ liệu đến Lớp Mạng, địa chỉ nguồn và đích bên trong mỗi khung được kiểm tra để xác định xem dữ liệu đã đến đích cuối cùng chưa. Nếu đã đến đích, lớp 3 định dạng dữ liệu thành gói tin (packets) chuyển cho Lớp Giao vận. Ngược lại, Lớp Mạng cập nhật địa chỉ đích và đẩy khung xuống các lớp thấp hơn.
Để hỗ trợ định tuyến, Lớp Mạng duy trì địa chỉ logic như địa chỉ IP cho thiết bị trên mạng. Lớp Mạng cũng quản lý ánh xạ giữa địa chỉ logic và vật lý. Trong mạng IPv4, ánh xạ này thực hiện qua Giao thức Phân giải Địa chỉ (ARP); IPv6 dùng Giao thức Khám phá Hàng xóm (NDP).
Lớp 4: Lớp Giao Vận (Transport Layer)
Lớp Giao vận chuyển dữ liệu qua các kết nối mạng. TCP (Transmission Control Protocol) và UDP (User Datagram Protocol) là hai ví dụ phổ biến nhất của giao thức mạng Lớp Giao vận 4. Các giao thức giao vận khác nhau có thể hỗ trợ các khả năng tùy chọn như khôi phục lỗi, kiểm soát luồng, và hỗ trợ truyền lại.
Lớp 5: Lớp Phiên (Session Layer)
Lớp Phiên quản lý trình tự và luồng sự kiện khởi tạo và ngắt kết nối mạng. Tại lớp 5, nó được xây dựng để hỗ trợ nhiều loại kết nối có thể tạo động và chạy trên các mạng riêng lẻ.
Lớp 6: Lớp Trình Bày (Presentation Layer)
Lớp Trình bày có chức năng đơn giản nhất trong mô hình OSI. Tại lớp 6, nó xử lý cú pháp dữ liệu thông điệp như chuyển đổi định dạng và mã hóa/giải mã cần thiết để hỗ trợ Lớp Ứng dụng phía trên.
Lớp 7: Lớp Ứng Dụng (Application Layer)
Lớp Ứng dụng cung cấp dịch vụ mạng cho ứng dụng người dùng cuối. Dịch vụ mạng là các giao thức làm việc với dữ liệu của người dùng. Ví dụ, trong ứng dụng trình duyệt web, giao thức lớp ứng dụng HTTP đóng gói dữ liệu cần thiết để gửi và nhận nội dung trang web. Lớp 7 này cung cấp dữ liệu cho (và lấy dữ liệu từ) Lớp Trình bày.