Transport Layer (Lớp vận chuyển) – Lớp thứ 4 trong mô hình OSI có chức năng gì?

Trong bài này, ta sẽ đi tìm hiểu chi tiết về lớp vận chuyển (Transport). Đây là lớp thứ 4 trong mô hình OSI và là lớp thứ 3 trong mô hình TCP/IP. Vậy ta sẽ xem lớp này có chức năng như thế nào?

Transport Layer là gì?

Lớp vận chuyển (Transport Layer) là một trong các lớp quan trọng trong mô hình mạng máy tính, như mô hình TCP/IP hoặc mô hình OSI. Chức năng chính của lớp này là cung cấp dịch vụ truyền tải dữ liệu đáng tin cậy và hiệu quả giữa các thiết bị trong mạng.

Lớp vận chuyển đảm bảo rằng dữ liệu được truyền tải từ nguồn đến đích một cách đáng tin cậy và hiệu quả, bằng cách sử dụng các cơ chế như xác định và sửa lỗi, kiểm soát luồng dữ liệu và phân đoạn.

Dưới đây là các chức năng chính của lớp này:

1. Phân đoạn dữ liệu: Dữ liệu được phân chia thành các đoạn nhỏ hơn để truyền tải trên mạng. Điều này giúp tăng cường hiệu suất truyền tải và quản lý tài nguyên mạng.
2. Xác định và sửa lỗi: Lớp vận chuyển sử dụng các cơ chế để phát hiện và sửa lỗi trong dữ liệu truyền tải, đảm bảo tính toàn vẹn của thông tin.
3. Kiểm soát luồng dữ liệu: Điều chỉnh việc truyền tải dữ liệu giữa nguồn và đích để đảm bảo rằng tốc độ truyền tải không vượt quá khả năng tiếp nhận của thiết bị đích.
4. Định tuyến: Lớp vận chuyển quyết định đường đi tối ưu cho dữ liệu giữa nguồn và đích, dựa trên các thông tin địa chỉ và điều kiện mạng.

Sự tương tác của lớp Vận Chuyển với các lớp khác

1. Trong mô hình OSI:

• Với Application Layer: Lớp vận chuyển nhận dữ liệu từ lớp ứng dụng để chuẩn bị truyền tải. Các ứng dụng như trình duyệt web, email client, FTP client, v.v., sử dụng giao thức của lớp vận chuyển để truyền dữ liệu qua mạng.
• Với Network Layer: Lớp vận chuyển sử dụng thông tin địa chỉ của lớp mạng để xác định đích của dữ liệu và quyết định đường đi tối ưu để truyền tải.
• Với Data Link Layer: Lớp vận chuyển không trực tiếp tương tác với lớp liên kết dữ liệu trong mô hình OSI, do nhiệm vụ của lớp liên kết dữ liệu chủ yếu là đảm bảo truyền tải dữ liệu trên cùng một mạng vật lý.

2. Trong mô hình TCP/IP:

• Với Application Layer: Lớp vận chuyển nhận dữ liệu từ lớp ứng dụng và chuẩn bị cho việc truyền tải thông qua các cổng (port) và giao thức ứng dụng như HTTP, FTP, SMTP, v.v.
• Với lớp Internet Layer: Lớp vận chuyển sử dụng địa chỉ IP của lớp Internet để xác định đích của dữ liệu và quyết định đường đi tối ưu.
• Với lớp mạng giao tiếp (Host-to-Host Layer): Lớp vận chuyển chịu trách nhiệm phân đoạn dữ liệu thành các đơn vị nhỏ hơn để truyền qua mạng và tái lập chúng tại đích.

Các giao thức chính trong lớp vận chuyển

Trong lớp vận chuyển, hai giao thức phổ biến nhất là TCP và UDP đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp các dịch vụ truyền tải dữ liệu trên mạng. TCP được biết đến là một giao thức kết nối hướng luồng, đảm bảo tính toàn vẹn và độ tin cậy của dữ liệu thông qua các tính năng như xác nhận, kiểm soát luồng và tái tạo dữ liệu.

Mặc dù TCP mang lại độ tin cậy cao, nhưng nó cũng đi kèm với nhược điểm là đòi hỏi thời gian thiết lập kết nối ban đầu và có overhead từ các thông điệp kiểm soát luồng. UDP, ngược lại, là một giao thức không kết nối, không đảm bảo tính toàn vẹn hoặc độ tin cậy của dữ liệu.

Tuy nhiên, UDP có ưu điểm là không có overhead từ việc thiết lập kết nối và thông điệp kiểm soát luồng, giúp giảm độ trễ và tăng tốc độ truyền tải dữ liệu.

Cả hai giao thức đều có ứng dụng riêng biệt: TCP thường được sử dụng trong các ứng dụng cần độ tin cậy cao như truyền tải file, email và web browsing. Trong khi UDP thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ cao như streaming media, online gaming và DNS.

Quá trình phân đoạn dữ liệu trong Transport Layer

Trong lớp vận chuyển, quá trình phân đoạn dữ liệu là một phần quan trọng giúp tối ưu hóa việc truyền tải thông tin trên mạng. Khi dữ liệu cần được truyền đi từ nguồn đến đích, lớp vận chuyển chia nhỏ nó thành các đơn vị nhỏ hơn gọi là phân đoạn.

Mỗi phân đoạn được thêm vào một tiêu đề chứa các thông tin như số thứ tự, định danh kết nối, và kiểm tra lỗi. Sau đó, các phân đoạn này được truyền tải qua mạng, mỗi phân đoạn có thể đi qua các đường đi khác nhau và được gửi đến đích một cách độc lập.

Khi các phân đoạn đến đích, lớp vận chuyển tái lập chúng theo thứ tự đúng và gom lại để tạo ra dữ liệu gốc ban đầu. Quá trình này giúp tăng cường hiệu suất truyền tải và quản lý tài nguyên mạng, đồng thời đảm bảo tính toàn vẹn và độ tin cậy của dữ liệu trên mạng.

Cách xác định và sửa lỗi trong Transport Layer

Trong lớp vận chuyển, việc xác định và sửa lỗi đảm bảo tính toàn vẹn và độ tin cậy của dữ liệu truyền tải qua mạng.

1. Kiểm tra tính toàn vẹn của dữ liệu:

Trước khi dữ liệu được truyền đi, lớp vận chuyển thêm vào mỗi phân đoạn một thông tin kiểm tra tính toàn vẹn, thường được gọi là checksum hoặc mã kiểm tra CRC.

Thông tin kiểm tra này được tính toán dựa trên nội dung của dữ liệu trong phân đoạn.

Khi dữ liệu đến đích, thiết bị nhận sẽ tính toán lại thông tin kiểm tra từ dữ liệu nhận được và so sánh với giá trị được gửi kèm theo. Nếu có sự không khớp, dữ liệu sẽ được coi là bị hỏng.

2. Sửa lỗi:

Trong trường hợp dữ liệu bị hỏng do lỗi truyền tải, lớp vận chuyển sử dụng các cơ chế sửa lỗi để tái tạo dữ liệu ban đầu.

Một cách thông thường là yêu cầu lại dữ liệu bị hỏng từ thiết bị gửi. Điều này thường xảy ra trong giao thức TCP, nơi một thiết bị nhận phân đoạn bị hỏng sẽ gửi lại yêu cầu cho thiết bị gửi để nhận được một bản sao mới của phân đoạn đó.

Một số giao thức khác như ARQ có thể sửa chữa các lỗi truyền tải bằng cách tự động gửi lại các phần dữ liệu bị mất hoặc hỏng.

Lớp vận chuyển điều chỉnh luồng lưu lượng như thế nào?

Trong lớp vận chuyển điều chỉnh luồng dữ liệu dựa trên cơ chế gọi là cửa sổ trượt (sliding window). Trong đó thiết bị đích thông báo cho thiết bị nguồn về khả năng tiếp nhận dữ liệu. Thiết bị nguồn sau đó điều chỉnh việc gửi dữ liệu dựa trên thông tin này để tránh quá tải thiết bị đích và đảm bảo không gian bộ nhớ đệm không bị tràn. Nếu cửa sổ trượt đã đầy, thiết bị nguồn sẽ tạm dừng việc gửi dữ liệu mới cho đến khi cửa sổ trượt mở rộng lên.

Ngoài ra, quản lý bộ nhớ đệm cũng là một phần quan trọng của quá trình điều chỉnh luồng dữ liệu. Các thiết bị trung gian có thể sử dụng bộ nhớ đệm để tạm giữ dữ liệu trước khi truyền đi, và quá trình điều chỉnh luồng dữ liệu cũng đảm bảo rằng không gian bộ nhớ đệm không bị tràn khi thiết bị nhận không thể xử lý dữ liệu đến kịp.

Cuối cùng, cơ chế kiểm soát hoàn tất cũng được áp dụng để đảm bảo rằng mạng không bị quá tải. Cơ chế này liên tục đánh giá tình trạng của mạng và điều chỉnh tốc độ truyền tải của dữ liệu để tránh tình trạng quá tải.

Transport Layer định tuyến dữ liệu kiểu gì?

Để quyết định đường đi tối ưu cho dữ liệu từ nguồn đến đích, Lớp vận chuyển tiến hành định tuyến dựa trên các thông tin địa chỉ và điều kiện mạng.

Trước khi dữ liệu được gửi đi, lớp vận chuyển thu thập thông tin về địa chỉ của thiết bị đích cũng như phân tích tình trạng mạng như băng thông, độ trễ và độ ổn định của các đường truyền.

Dựa trên thông tin này, lớp vận chuyển lựa chọn đường đi tối ưu cho dữ liệu, chẳng hạn bằng cách chọn đường đi có băng thông lớn và độ trễ thấp.

Các thiết bị mạng có thể duy trì bảng định tuyến để lưu trữ thông tin về các đường đi tối ưu đến các đích khác nhau, và bảng này sẽ được cập nhật khi có thông tin mới về tình trạng mạng hoặc địa chỉ.

Khi đã chọn được đường đi tối ưu, dữ liệu sẽ được truyền tải theo đường đi đó từ nguồn đến đích thông qua các thiết bị trung gian trên mạng.

Mong rằng bạn đã hiểu rõ hơn về chức năng lớp vận chuyển trong mô hình OSI!