tìm hiểu về cầu nối trong suốt

TÌM HIỂU VỀ CẦU NỐI TRONG SUỐT I . Vấn đề gặp phải khi thực hiện liên mạng bằng Repeater / Hub và giải pháp khắc phục. a) Khó khăn khi liên mạng bằng Repeater + Xét liên mạng sau để thấy được hạn chế của Repeater / Hub trong liên mạng : Hình 1 : Hạn chế của Repeater / Hub Ta thấy : liên mạng trên gồm 2 nhánh mạng LAN 1 và LAN 2 kết nối với nhau bằng một Repeater. Giả sử máy N2 gởi cho N1 một Frame thông tin. Frame được lan truyền trên LAN 1 và đến cổng 1 của Repeater dưới dạng một chuỗi các bit. Repeater sẽ khuếch đại chuỗi bit nhận được từ cổng 1 và chuyển chúng sang cổng 2. Điều này làm cho Frame mà N2 gửi cho N1 sang LAN 2. Trên LAN 1, N1 nhận toàn bộ gói tin còn trên LAN 2 không có máy nào nhận được gói tin cả. Mà ta biết gói tin N2 gửi đến N1 không nhất thiết phải gửi sang LAN 2 để tránh lãng phí đường truyền trên LAN 2. Tuy nhiên, do Repeater hoạt động ở tầng 1, nó không hiểu Frame là gì nên nó sẽ chuyển đi bất cứ thứ gì mà nó nhận được sang các cổng còn lại. Điều này làm tăng vùng xung đột của liên mạng, khả năng xung đột khi truyền tin của các máy tính sẽ tăng lên, hiệu năng mạng sẽ giảm xuống. b) Giải pháp khắc phục Cũng xét liên mạng như trên nhưng ở đây ta thay thế Repeater bằng một Bridge thì ở đây Frame mà N2 gửi cho N1 cũng sẽ đến cổng 1 của Bridges nhưng Bridge sẽ phân tích địa chỉ MAC của Frame và thấy rằng không cần thiết phải chuyển Frame sang LAN 2. Do đó Bridge sẽ làm giảm xung đột khi truyền tin giữa các máy tính trên mạng và làm tăng hiệu năng mạng hay tiết kiệm được đường truyền. Mô hình liên mạng như sau : Hình 2 : Bridge khắc phục nhược điểm của Repeater / Hub II . Giới thiệu chung về Bridge + Bridge là thiết bị mạng thuộc lớp 2 (Lớp liên kết dữ liệu) của mô hình hệ thống mở OSI, được sử dụng để ghép nối 2 hoặc nhiều mạng với nhau để tạo thành một mạng lớn duy nhất. + Bridge được sử dụng phổ biến để làm cầu nối giữa 2 mạng Ethernet. Bằng cách quan sát các gói tin trên mọi mạng, khi thấy một gói tin từ một máy tính thuộc mạng này chuyển tới một máy tính trên mạng khác, Bridge sẽ sao chép và gửi gói tin này tới mạng đích. + Ưu điểm của Bridge : • Hoạt động “trong suốt”, có nghĩa là các máy tính thuộc các mạng khác nhau vẫn có thể gửi các thông tin với nhau đơn giản mà không cần biết có sự can thiệp của Bridges hay không. • Xử lý được nhiều lưu thông trên mạng cũng như địa chỉ IP cùng lúc. • Chia liên mạng thành những vùng xung đột nhỏ nhằm cải thiện hiệu năng của liên mạng tốt hơn so với liên mạng sử dụng Repeater và Hub. + Nhược điểm : • Bridge chỉ kết nối những mạng cùng loại . • Khó khăn trong xử lý nhanh nếu chúng không nằm gần nhau về mặt địa lý. + Phân loại Bridge gồm có 3 loại chính : • Cầu nối trong suốt : Cho phép nối các mạng Ethernet / Fast Ethernet. • Cầu nối xác định đường đi từ nguồn : Cho phép nối các mạng Token Ring lại với nhau. • Cầu nối trộn lẫn : Cho phép nối mạng Ethernet và Token Ring lại với nhau. II . Cầu nối trong suốt 2.1Tổng quan về cầu nối trong suốt + Cầu nối trong suốt được phát triển bởi tập đoàn thiết bị số và được đưa vào chuẩn IEEE 802.1D + Chức năng : kết nối các mạng Ethernet lại với nhau. + Đặc điểm : - Sự hiện diện và hoạt động của Bridge “trong suốt” (có nghĩa là ẩn) với các máy trạm. - Các máy trạm khi kết nối thì không cần phải cấu hình gì thêm để có thể truyền tải thông tin trên mạng.  Các tính chất của Bridge :  The no-frills Bridge  The learning Bridge  Thuật toán cây 2.2 Các đặc trưng cơ bản của cầu nối trong suốt 2.2.1 The no-frills bridge Chức năng cơ bản nhất của cầu nối trong suốt là kết nối 2 hoặc nhiều mạng LAN lại với nhau. Mỗi LAN được gắn với một cổng của Bridge. Bridge lắng nghe ngẫu nhiên gói tin được truyền tới cho đến khi nó có thể được truyền đi trên các mạng LAN khác. Ta goi đó là No-frills bridge ( cầu không kiểu cách).  Hoạt động của Bridge Bước 1 : Lắng nghe ngẫu nhiên mọi gói tin được truyền đi. Bước 2 : Lưu giữ mỗi gói tin nhận được cho đến khi truyền được đến các LAN rỗi khác (trừ LAN mà bridge nhận được gói tin từ nó). Do đó nó có thể cho 2 trạm đối diện hai bên cầu có thể truyền tin với nhau mà không va chạm.  Đặc điểm + Mở rộng khả năng của mạng LAN : Cầu nối trong suốt được phát triển để cho phép các trạm chỉ hoạt động trên một mạng LAN đơn có thể làm việc được trong môi trường đa mạng LAN. + Không biến đổi gói tin mà nó nhận được : Bridge truyền đi các gói tin chính xác như nó nhận được. Nếu Bridge sửa đổi gói tin trong bất kỳ trường hợp nào, ví dụ : cầu nối ghi đè lên phần địa chỉ trên Header của gói tin với địa chỉ riêng của nó thì các giao thức trong các trạm không thể làm việc chính xác. + Cho phép 2 trạm ở 2 bên cầu truyền đồng thời mà không có xung đột. + Nếu băng thông vượt quá tốc độ LAN thì gói tin sẽ bị loại trước khi truyền đến đích. 2.2.2 The learning bridge * Nguyên lý hoạt động chung :  Bridge lắng nghe ngẫu nhiện và nhận bất kỳ gói tin nào được truyền.  “Học” vị trí của các máy trên mạng bằng cách phân tích địa chỉ máy gửi gói tin mà Bridge nhận được.  Xây dựng bảng địa chỉ cục bộ để làm cơ sở cho việc chuyển tiếp gói tin.  Khi gói tin đến một cổng của Bridge thì Bridges đọc 6 bytes đầu tiên của gói tin để xác định địa chỉ máy nhận khung.  Bridge tìm địa chỉ máy nhận trong bảng địa chỉ cục bộ và xử lý theo một trong các trường hợp sau :  Nếu máy nhận nằm cùng một cổng với cổng đã nhận Frame, cầu nối sẽ bỏ qua Frame vì biết rằng máy nhận đã nhận được Frame.  Nếu máy nhận nằm trên một cổng khác với cổng đã nhận Frame, cầu nối sẽ chuyển Frame sang cổng có máy nhận.  Nếu không tìm thấy địa chỉ máy nhận trong bảng địa chỉ, cầu nối sẽ gửi đến tất cả các cổng còn lại của nó (trừ cổng đã nhận Frame). * Để hiểu hơn về Learning bridges ta xét các ví dụ sau. Ví dụ 1 : Cho liên mạng như sau : a) Giả sử A muốn truyền một gói tin đến D. Ban đầu Bridges chưa biết gì về D. Hỏi, A truyền gói tin đến D như thế nào ? b) Giả sử Q muốn truyền gói tin đến A. Ban đầu Bridges chưa biết gì về Q. Hỏi, Q truyền gói tin đến A như thế nào ? Giải : a) Máy A gửi gói tin đến D + Ta biết, gói tin mà A muốn truyền đi sẽ có địa chỉ đích của máy D, có dạng như sau : + Bridge sẽ tra địa chỉ nguồn của gói tin trong bảng địa chỉ, đồng thời B ghi nhớ gói tin này nhận từ cổng 1 và trạm A nằm trên cổng 1. + Cầu B không biết vị trí của D, do đó nó chuyển tiếp gói tin tới tất cả các cổng ngoại trừ cổng 1 (cổng mà nó nhận được gói tin). + Cổng 2 của cầu B được nối với LAN 2 chứa máy D cũng nhận được gói tin, mà gói tin này chứa địa chỉ đích của máy D do đó mà gói tin sẽ được gửi đến máy D. c) Q truyền gói tin đến máy A + Ta biết gói tin truyền đi có chứa địa chỉ đích của A, có dạng như sau : + Khi Bridge nhận được gói tin từ Q truyền đến thì nó sẽ tra địa chỉ nguồn và đích của gói tin trong bảng địa chỉ và ghi nhớ rằng gói tin đã nhận được trên cổng 1, Q nằm trên cổng 1. Từ đây cầu B đã học được địa chỉ của A và vì A nằm cùng cổng 1 với cổng Q nên Bridges biết rằng nó không cần chuyển tiếp gói tin nữa mà gói tin từ Q đi thẳng đến A. Ví dụ 2 : Cho liên mạng sau : Giả sử B chưa biết gì về C,D. a) Hỏi máy A sẽ truyền gói tin đến máy D như thế nào ? b) Hỏi máy Z sẽ truyền gói tin đến máy C như thế nào ? Giải : a) A truyền gói tin đến D + Ban đầu , cầu B biết rằng nó có 3 cổng. Nhưng nó sẽ ghi nhớ rằng A nằm trên cổng 1. Vì B không biết vị trí của D nên sau khi nhận gói tin từ cổng 1 thì nó sẽ chuyển gói tin tới tất cả các cổng còn lại, tức cổng 2 và 3. Cầu B tiến hành “học” vị trí của A, D bằng cách phân tích địa chỉ nguồn và đích của gói tin, khi xác định được địa chỉ đích của D thì nó biết rằng D nằm trên cổng 2. Suy ra gói tin từ cổng 2 sẽ được truyền vào D. b) Z truyền gói tin đến C + Cầu B biết rằng Z nằm trên cổng 3 nhưng B không biết vị trí của C nên sau khi nhận được gói tin mà Z truyền đi thì nó sẽ gửi gói tin đến tất cả các cổng còn lại. Sau khi “học” được vị trí của C qua việc phân tích địa chỉ đích và nguồn của gói tin thì B bỏ qua gói tin vì biết rằng Z và C cùng thuộc cổng 3 của B nên gói tin từ Z truyền thẳng đến C. Liên mạng với số cầu bất kỳ Xét liên mạng gồm 2 cầu nối và 3 mạng LAN như hình sau : Ta thấy : Cầu B1 không thể phân biệt được vị trí các máy trên LAN 2 và LAN 3. Theo như hình trên thì : B1 kết nối LAN 1 với cổng 1và LAN 2 với cổng 2 của nó.Còn cầu B2 kết nối với LAN 2 và LAN 3, ở đây cầu xem cầu B2 là trong suốt, tức là sự tồn tại của B2 ẩn với B1, cũng có nghĩa là B2 cũng ẩn với tất cả các máy. Sau khi tất cả các máy đều truyền đi bất kỳ một gói tin nào đó thì B1, B2 sẽ ‘học” vị trí của các máy. Lúc này bộ nhớ đệm của B1, B2 sẽ lưu các gói tin mà chúng nhận được từ các máy, thực hiện phân tích địa chỉ của gói tin để lập bảng địa chỉ nhằm phục vụ cho việc chuyển tiếp tiếp theo. Trạng thái bộ nhớ đệm của cầu B1, B2 được thể hiện như hình dưới đây : Vì vậy, nếu xem B2 là cầu trong suốt thì liên mạng được kết nối bởi B1 như sau : Nếu xem B1 là trong suốt thì liên mạng được kết nối bởi B2 như sau : Ở trên ta đã xét các liên mạng đơn giản được nối bởi Bridge giữa các mạng LAN với nhau, mỗi quá trình truyền gói tin từ máy trạm đến cầu nối , rồi từ cầu nối đến các LAN được xem như là các bước nhảy. Nhưng nếu ta xét một liên mạng gồm 2 LAN cùng được nối bởi nhiều Bridge thì điều gì sẽ xảy ra khi A truyền đi một gói tin và liệu khả năng mở rộng tất cả các kiểu mạng có còn đúng với Bridge ? Để trả lời cho câu hỏi trên ta tiến hành phân tích liên mạng sau : + Giả sử các cầu nối B1, B2, B3 chưa biết gì về các đích đến, tức là không có dữ liệu đích đến trong các bộ nhớ đệm của chúng. Dự đoán đầu tiên là có 3 bản sao của gói tin được truyền đến LAN 2. Theo luật của các mạng LAN thì mỗi một trong 3 cầu sẽ nhận được gói tin và ghi nhớ rằng A nằm trong LAN 1. Sau đó chúng sẽ chuyển tiếp gói tin vào LAN 2. Có 3 trường hợp xảy ra : - Giả sử B3 thành công trong việc truyền dẫn gói tin từ LAN 1 vào LAN 2. Vì B3 là trong suốt đối với B1, B2 nên gói tin sẽ được truyền trên LAN chính xác như khi nó nhận được từ A và lúc này B3 ghi nhớ rằng A nằm trên LAN 2. Khi đó B1, B2 cũng sẽ nhận được gói tin và ghi nhớ trong các bảng địa chỉ của chúng là A nằm trên LAN 2. Gói tin mà B1, B2 nhận được sẽ được chuyển đến LAN 1. - Giả sử B1 là cầu thành công trong việc truyền tải gói tin nhận được từ A sang LAN 2 thì cầu B2, B3 cũng sẽ nhận được gói tin từ LAN 2 và ghi nhớ trong bảng địa chỉ của chúng rằng A nằm trên LAN 2. Gói tin mà B2, B3 nhận được sẽ được truyền sang LAN 1. - Giả sử B2 thành công trong việc truyền tải gói tin từ A sang LAN 2 thì cầu B1, B3 cũng sẽ nhận được gói tin từ LAN 2 và chuyển tiếp chúng sang LAN 1. Nhận thấy rằng nếu các trường hợp trên xảy ra thì các cầu nối không chỉ làm cho gói tin lặp lại mà còn nhân lên rất nhiều lần, gói tin sẽ được truyền đi trong cái vòng luẩn quẩn mà không khi đến được đích rồi thì nó vẫn tiếp tục được gửi đi và không biết phải ngừng khi nào. Do đó giải pháp đưa ra nhằm khắc phục vấn đề này là sử dụng thuật toán cây bao trùm (the spainning tree) nhằm ngăn chặn được sự lặp vòng, cho phép các Bridges truyền thông với nhau để phát hiện vòng lặp vật lý trong mạng. Sau đó giao thức này sẽ định rõ thuật toán mà Bridges có thể tạo ra một cấu trúc mạng logic chứa vòng lặp hay tạo ra cấu trúc cây của vòng lặp gồm các lá và nhánh nối toàn bộ mạng. Hình 3 : Mô hình Spanning Tree 2.3 Thuật toán cây 2.3.1 Nguyên nhân gây ra vòng lặp trong liên mạng Hai nguyên nhân chính gây ra sự lặp vòng tai hại trong mạng chuyển mạch là do broadcast và sự sai lệch của bảng bridge. [...]... gửi các BPDU đến mỗi đoạn mạng Để hiểu rõ hơn ta xét ví dụ cụ thể sau : Ví dụ : Xét liên mạng gồm có 3 bridge kết nối thành một vòng lặp Mỗi cầu nối được gán một địa chỉ MAC không có thật tương ứng với tên thiết bị (ví dụ như Cat-A sử dụng địa chỉ MAC là AA-AA-AA-AA-AA-AA) Hình 7: Mô hình mạng sử dụng Spainning Tree Bước 1: Chọn một bridge gốc (Root Bridge) Đầu tiên tìm bridge có BID thấp nhất để lấy... BID là một trường có 8 byte, nó gồm có 2 trường con được miêu tả như sau : Hình 6 : Hai trường của BID Trong đó: • Địa chỉ MAC: có 6 byte được gán cho Bridge Sử dụng một trong số các địa chỉ MAC từ vùng 1024 địa chỉ gán cho mỗi giám sát viên (supervisor) và bảng nối đa năng (backplane) Địa chỉ MAC trong BID sử dụng định dạng hexa • Bridge Priority: là độ ưu tiên Bridge có 2 byte tạo thành 2 16 giá trị... Spainning Tree Mục đích của thuật toán cây là phải có một cầu nối tự động phát hiện ra một tập các vòng lặp vật lý Sau đó thì có một đường dẫn giữa mỗi cặp các mạng LAN tức là tạo ra liên kết dự phòng để khôi phục mạng khi xảy ra lỗi 2.3.3 Các khái niệm cơ bản của thuật toán cây Việc tính toán Spanning Tree dựa trên hai khái niệm khi tạo ra vòng lặp logic trong cấu trúc mạng đó là: Bridge ID (BID) và Cost... 2s một lần, ngay tức khắc nó sẽ xác định bridge gốc dựa vào trường Root BID Bridge này luôn đặt BID của chính nó trong Sender BID Chú ý: Root BID là ID của bridge gốc hiện tại, trong khi Sender BID là ID của bridge cục bộ hoặc switch Khi bridge khởi động lần đầu tiên, nó luôn luôn đặt BID trong cả hai trường Root BID và Sender BID Giả sử rằng, Cat-B khởi động đầu tiên và bắt đầu gửi các BPDU thông báo... (BBBB-BB-BB-BB-BB) trong bảng bridge, và nó tràn frame qua các cổng • Bước 4: Bridge 2 nhận được frame trên cổng 1/2 Có 2 vấn đề xảy ra: o Bridge 2 tràn frame vì nó không học địa chỉ MAC BB-BB-BBBB-BB-BB, điều này tạo ra feedback loop và làm down mạng o Bridge 2 chú ý rằng, nó chỉ nhận một frame trên cổng 1/2 với địa chỉ MAC là AA-AA-AA-AA-AA-AA Nó thay đổi địa chỉ MAC của host A trong bảng bridge... BPDU đến trên cổng 1/1 của Cat-B với chi phí là 0 và tăng lên 19 bên trong Cat-B • Sự khác nhau giữa chi phí đường đi và chi phí đường đi gốc • Chi phí đường đi là giá trị được gán cho mỗi cổng, nó được thêm vào các BPDU được nhận trên cổng đó để tính toán chi phía đường đi gốc • Chi phí đường đi gốc là chi phí tích lũy đến bridge gốc Trong BPDU, đây là giá trị của trường chi phí Đối với một bridge, giá... Bridge có 2 byte tạo thành 2 16 giá trị từ 0 - 65.535 Độ ưu tiên bridge có giá trị mặc định là giá trị ở khoảng giữa (32.768) Chú ý: ta chỉ tập trung vào chuẩn IEEE của giao thức Spanning Tree Mặc dù về cơ bản là như nhau nhưng có một vài điểm khác biệt giữa IEEE STP và DEC STP như DEC STP sử dụng 8 bit Bridge priority b) Cost ID (Chi phí đường đi) Bridge sử dụng khái niệm chi phí để đánh giá các bridge... trình như sau : • (1): khi Cat-A (bridge gốc) gửi các BPDU, thì nó chứa chi phí đường đi gốc là 0 • (2): khi B nhận các BPDU này, nó thêm vào chi phí đường đi của cổng 1/1vào chi phí đường đi gốc chứa trong BPDU nhận Cat-B nhận chi phí đường đi gốc là 0 và thêm vào chi phí của cổng 1/1 là 19 • (3): sau đó Cat-B sử dụng giá trị 19 và gửi BPDU với chi phí đường đi gốc là 10 ra cổng 1/2 • (4): khi Cat-C... thành một vòng lặp ở đây b) Nguyên nhân sai lệch bảng bridge Nhiều nhà quản trị đã nhận thức vấn đề cơ bản của broadcast, tuy nhiên ta phải biết rằng thậm chí các unicast Frame cũng có thể truyền mãi trong mạng mà chứa vòng lặp Hình sau thể hiện sự sai lệch do bảng Bridge như sau : Hình 5: Frame unicast cũng có thể gây ra vòng lặp và làm sai lệnh bảng bridge • Bước 1: Host A muốn gửi gói unicast đến... đi gốc là chi phí tích lũy đến bridge gốc Trong BPDU, đây là giá trị của trường chi phí Đối với một bridge, giá trị này được tính bằng cách cộng các chi phí đường đi của các cổng nhận với giá trị chứa trong BPDU Bước 3: quyết định cổng được chỉ định Mỗi đoạn mạng trên một bridge có một cổng được chỉ định, cổng này có chức năng nhận và gửi lưu lượng đến đoạn mạng kia và bridge gốc Nếu chỉ có một cổng . Ethernet. • Cầu nối xác định đường đi từ nguồn : Cho phép nối các mạng Token Ring lại với nhau. • Cầu nối trộn lẫn : Cho phép nối mạng Ethernet và Token Ring lại với nhau. II . Cầu nối trong suốt 2.1Tổng. nối trong suốt 2.1Tổng quan về cầu nối trong suốt + Cầu nối trong suốt được phát triển bởi tập đoàn thiết bị số và được đưa vào chuẩn IEEE 802.1D + Chức năng : kết nối các mạng Ethernet lại với. Bridge  Thuật toán cây 2.2 Các đặc trưng cơ bản của cầu nối trong suốt 2.2.1 The no-frills bridge Chức năng cơ bản nhất của cầu nối trong suốt là kết nối 2 hoặc nhiều mạng LAN lại với nhau. Mỗi LAN