OSI & TCP/IP
Models — bộ khung của mọi thứ

1.1 Tại sao cần model layer?

Networking liên quan đến nhiều thứ: tín hiệu điện trên dây, địa chỉ IP, phiên kết nối, mã hoá, dữ liệu HTTP... Nếu mọi thứ trộn vào nhau thì phức tạp khủng khiếp. Giải pháp: chia tầng.

Mỗi tầng:

• Có một trách nhiệm rõ ràng (đơn nhiệm)
• Chỉ giao tiếp với tầng kề trên/dưới qua interface chuẩn
• Có thể thay đổi implementation mà không ảnh hưởng tầng khác

Vd: chuyển từ Wi-Fi sang Ethernet (đổi L1/L2) — HTTP (L7) vẫn chạy như thường. Đó là sức mạnh của layering.

1.2 OSI Model — 7 layers (chuẩn ISO 1984)

OSI = Open Systems Interconnection. Là chuẩn lý thuyết — đẹp về mặt giáo dục, không 100% match thực tế.

Mnemonic để nhớ (từ trên xuống)

• All People Seem To Need Data Processing
• (Application, Presentation, Session, Transport, Network, Data link, Physical)

Vai trò mỗi layer (đi từ user xuống)

L7 — Application: giao tiếp với user app. Đây là layer mà developer thường làm việc nhất. HTTP, FTP, SMTP đều ở đây.

L6 — Presentation: dịch format data, mã hoá, nén. TLS/SSL nằm ở đây (lý thuyết). Trong thực tế TCP/IP gộp vào L7.

L5 — Session: quản lý phiên — mở, duy trì, đóng kết nối. RPC nằm đây. Layer này hiếm khi đề cập trong dev hằng ngày.

L4 — Transport: đảm bảo data đến đúng app trong máy đích (qua port). TCP (đáng tin) hoặc UDP (nhẹ). Đây là layer phỏng vấn hỏi nhiều.

L3 — Network: routing giữa các mạng. IP address, packet, gateway, router. Internet = liên kết các mạng (inter-net) ở layer này.

L2 — Data Link: truyền frame trong cùng 1 LAN. MAC address. Ethernet, Wi-Fi.

L1 — Physical: tín hiệu thô — điện trong cáp, photon trong fiber, sóng radio. Bit 0/1.

1.3 TCP/IP Model — 4 layers (chuẩn thực tế)

TCP/IP ra đời năm 1970, là chuẩn thực tế chạy Internet ngày nay. Đơn giản hơn OSI.

Đôi khi gọi 5-layer (tách Link thành Physical + Data Link). Đại đa số tài liệu hiện đại dùng 4 hoặc 5 layer, chứ không 7.

Tại sao TCP/IP "thắng" OSI?

• Đơn giản hơn — dev dễ hiểu
• Implement được trước (TCP/IP đã chạy ARPANET trước khi OSI hoàn thiện)
• Open source — chấp nhận rộng rãi
• L5/L6 của OSI ít có nội dung thực tế tách biệt

OSI vẫn được dạy vì: (1) thuật ngữ "L4/L7" vẫn dùng, (2) framework tốt cho học, (3) 1 số protocol cũ tham chiếu nó.

1.4 So sánh OSI vs TCP/IP

1.5 Encapsulation — cách data đi qua layer

Khi bạn gửi 1 HTTP request, data đi xuống qua các layer ở client, mỗi layer thêm header (gói lại). Ở server, đi lên ngược lại, mỗi layer bóc header.

Tên gọi data unit ở mỗi layer

Overhead

Mỗi layer thêm vài chục byte header. HTTP response nhỏ chỉ 1KB nhưng khi đi qua mạng có thể thành ~1.1KB do header. Đó là lý do tối ưu hoá tránh quá nhiều request nhỏ.

1.6 Mapping các protocol vào layer đúng

Đây là bảng phải thuộc trước khi phỏng vấn:

1.7 L4 vs L7 Load Balancer — câu kinh điển

Phỏng vấn DevOps/Backend rất hay hỏi: "Phân biệt L4 và L7 LB?". Hiểu chương này đã đủ trả lời.

Khi nào dùng cái nào?

• L7 cho web app HTTP/HTTPS — cần routing theo path (/api vs /static)
• L4 cho database, gRPC, WebSocket khối lượng lớn — cần performance tối đa
• Nhiều kiến trúc dùng cả hai: L4 ở edge cho throughput, L7 phía sau cho routing thông minh

Ví dụ thực tế nginx config

# L7 — content-based routing
upstream api_backend { server 10.0.0.1:8080; }
upstream static_backend { server 10.0.0.2:8080; }

server {
  listen 80;
  location /api/ {       # routing dựa vào URL path → L7
    proxy_pass http://api_backend;
  }
  location /static/ {
    proxy_pass http://static_backend;
  }
}

# L4 — TCP/UDP load balancing (stream block)
stream {
  upstream postgres {
    server db1:5432;
    server db2:5432;
  }
  server {
    listen 5432;
    proxy_pass postgres;
  }
}

1.8 Quan sát layer trên thực tế

Wireshark — bắt packet

Wireshark cho phép bạn thấy tận mắt các layer. Mở Wireshark, browse 1 trang web, sẽ thấy:

• Frame: Ethernet header (L2)
• Internet Protocol Version 4: IP header (L3)
• Transmission Control Protocol: TCP header (L4)
• Hypertext Transfer Protocol: HTTP request/response (L7)

Mỗi packet được expand ra theo từng layer. Đây là cách trực quan nhất để học networking.

curl -v — quan sát HTTP

curl -v https://example.com
# * Connected to example.com (93.184.216.34) port 443    ← L3 (IP), L4 (port)
# * SSL connection using TLSv1.3                          ← TLS
# > GET / HTTP/2                                          ← L7
# > Host: example.com
# < HTTP/2 200
# < content-type: text/html

tcpdump (Linux/macOS)

sudo tcpdump -i any -nn 'port 80' -c 10
# Bắt 10 packet trên port 80, không resolve DNS

ss / netstat

ss -tunp                # show TCP/UDP connections + process
netstat -tnap | head    # cũ hơn, vẫn dùng được

Bài tập

Tổng kết chương 1

• ✅ Layer hoá = separation of concerns. Đổi 1 layer không ảnh hưởng layer khác.
• ✅ OSI 7 layers: Physical → Data Link → Network → Transport → Session → Presentation → Application
• ✅ TCP/IP 4 layers: Link → Internet → Transport → Application — chuẩn thực tế
• ✅ Encapsulation: data đi xuống, mỗi layer thêm header. Đi lên ở server, mỗi layer bóc.
• ✅ Phải thuộc mapping: HTTP/DNS/SSH = L7, TLS = L6 (lý thuyết), TCP/UDP = L4, IP = L3, Ethernet/MAC = L2
• ✅ L4 vs L7 LB: L4 chỉ thấy TCP (nhanh, không HTTP-aware); L7 decode HTTP (linh hoạt, slower)
• ✅ Tools quan sát: Wireshark (bắt packet), curl -v, tcpdump, ss