Khi một mạng LAN đợc lắp đặt chúng sẽ đáp ứng đợc các tiêu chuẩn đã đề ra. Nhng cùng với thời gian thì quy mô mạng ngày càng đợc mở rộng sẽ nảy sinh nhiều vấn đề nh tốc độ truyền, lu lợng dày đặc...làm giảm hiệu suất của mạng. Để giải quyết vấn đề này, ngời ta sử dụng các thiết bị kết nối mạng nhằm cải thiện các thông số kỹ thuật của mạng.
1. Modem.
Đờng dây điện thoại tiêu chuẩn chỉ có thể truyền đợc những tín hiệu dạng tơng tự. Tuy nhiên máy tính lại lu trữ và truyền dữ liệu dới dạng số. Các modem có thể truyền tín hiệu dới dạng số của máy tính theo đờng điện thoại bằng cách chuyển chúng sang dạng tơng tự.
Một số modem chỉ chuyên hoạt động trên đờng điện thoại. Những modem khác sử dụng đờng quay số của mạng PSTN và chỉ thực hiện việc kết nối khi nào đợc yêu cầu.
Các modem giúp cho mạng máy tính trao đổi Email và thực hiện việc chuyển dữ liệu trong giới hạn nhng việc kết nối cực kỳ hạn chế do hầu hết các modem đều bị giới hạn về băng thông. Các modem không giúp cho mạng kết nối đến những mạng xa giống nh router để có thể trao đổi dữ liệu trực tiếp. Thay vào đó modem hoạt động giống nh card mạng ở chỗ nó cung cấp điểm truy nhập vào phơng tiện truyền thông, mà trờng hợp này đờng dây điện thoại để có thể gởi các tín hiệu tơng tự đến những thiết bị khác trên mạng mà hầu hết đều là modem.
Các modem đợc phân loại dựa theo phơng pháp truyền mà chúng sử dụng để truyền dữ liệu. Có hai loại modem cơ bản sau đây:
+ Modem bất đồng bộ.
+ Modem đồng bộ.
2. Repeater (thiết bị lặp).
Repeater hoạt động ở lớp vật lý trong mô hình tham chiếu OSI. Nó nhận tín hiệu từ một mạng LAN, phục hồi và định thời lại rồi chuyể tới mạng LAN khác. Việc phục hồi thờng khuếch đại và nâng mức công suất của tín hiệu. Repeater không hiểu đợc từng bit đơn lẻ trong gói. Repeater không thể đánh địa chỉ đơn lẻ, không có trờng địa chỉ tồn tại trong gói đối với một Repeater.
Công việc của một Repeater là phát hiện tín hiệu khuếch đại và định thời chúng rồi gửi chúng ra tất cả các cổng trừ cổng vào. Trong trờng hợp Ethernet tín hiệu đờng truyền bao gồm các gói dữ liệu và thậm chí có cả xung đột. Các đoạn của mạng LAN đợc nối tham gia vào các cơ chế truy nhập thiết bị nh CSMA/CD hoặc truy nhập Token.
Số lợng Repeater trong một mạng LAN là giới hạn (thông thờng là 5) do sự trễ của tín hiệu truyền dẫn khi đi qua Repeater.
3. HUB.
HUB hay còn gọi là bộ tập trung dây, là điểm nối trung tâm cho cáp mạng. Có 3 loại HUB sau đây:
a. HUB thụ động (Passive HUB).
HUB thụ động không sử lý dữ liệu theo bất kỳ cách thức nào. Mục đích duy nhất của HUB thụ động là kết hợp tín hiệu từ một vài phân đoạn mạng. Tất cả thiết bị nối với HUB thụ động đều nhận đợc các gói tin truyền qua HUB.
b. HUB tích cực (Acctive HUB).
HUB tích cực khuếch đại và lọc các tín hiệu điện tử truyền giữa các thiết bị trên mạng. Quá trình này gọi là quá trình tái tạo tín hiệu HUB có chức năng một phần giống nh Repeater nên đôi khi chúng đợc gọi là Repeater nhiều cổng.
c.Intelligent HUB (Switches).
Switches giống nh HUB tích cực nhng đợc tăng cờng thêm một số chức năng sau:
+ HUB management (quản lý HUB): các HUB bây giờ hỗ trợ giao thức quản lý mạng giúp cho HUB gửi các gói tin đến một Console mạng trung tâm.Các giao thức này cũng giúp Console điều khiển đợc HUB.Chẳng hạn một nhà quản lý mạng có thể ra lệnh cho HUB đóng một kết nối đang bị lỗi trên mạng.
+ Switching (chuyển mạch).
Dẫn đờng cho các tín hiệu giữa các cổng trên HUB. Thay vì gửi một gói tin đến tất cả các cổng trên HUB, Switches gửi gói tin đến trực tiếp cổng đích.
4. Bridge (cầu nối).
Bridge dùng để mở rộng kích thớc tối đa trên mạng máy tính. Bridge linh hoạt hơn Repeater, chúng hoạt động ở lớp con MAC trong lớp liên kết dữ liệu của mô hình OSI. Bridge kết nối các phân đoạn mạng LAN hoặc các mạng LAN khác nhau.
Cầu nối có nhiệm vụ:
+ Lắng nghe tất cả lu thông trên mạng.
+ Kiểm tra địa chỉ nguồn và đích của gói dữ liệu. + Xây dựng bản định tuyến khi có thông tin. + Chuyển gói dữ liệu đi theo cách thức sau:
- Nếu đích không có trong bảng định tuyến thì cầu nối sẽ chuyển gói dữ liệu đến mọi phân đoạn mạng.
- Nếu đích đến có trong bảng định tuyến, cầu nối sẽ chuyển gói dữ liệu đến đoạn mạng đó.
Cầu nối có đôi chút thông minh vì chúng biết cần phải chuyển dữ liệu đến đâu. Khi dữ liệu lu thông qua cầu nối, thông tin về địa chỉ máy tính đợc lu trữ trong RAM của cầu nối, cầu nối sử dụng RAM này để xây dựng bản định tuyến dựa trên địa chỉ nguồn.
∗. Bridge giữa hai phân đoạn mạng không cùng kiến trúc mạng.
Bridge nối hai mạng riêng biệt để tạo nên một mạng logic đơn. Trên hình vẽ là cầu nối giữa một mạng LAN IEEE802.3 với một mạng LAN IEEE802.5. Bridge này có hai card mạng: một card Token-ring và một card Ethernet. Card
Token-ring đợc sử dụng để nối Bridge với mạng LAN Token-ring và card Ethernet đợc sử dụng để nối Bridge với mạng LAN Ethernet.
Hình 2.8 Cầu nối giữa IEEE802.3 và IEEE802.5.
Bridge có tính chia sẻ tức là nó đợc xem nh là một trạm Token-ring và cũng đợc xem nh là một trạm Ethernet, Trong hình vẽ một gói tin gửi từ trạm A đến trạm B không qua Bridge bởi vì Bridge nhận thấy rằng trạm A và trạm B nằm trong cùng một mạng LAN và chức năng “cầu nối” không yêu cầu.
Nếu trạn A gửi một gói tin đến trạm C, Bridge nhận ra rằng trạm C nằm trên một mạng LAN khác (Token-ring) và chuyển gói tin tới LAN Token-ring. Nó không thể chuyển gói tin Ethernet trực tiếp tới mạng LAN Token-ring bởi vì khung Etheret không thể hiểu đợc mạng LAN Token-ring. Bridge phải sửa đổi header Ethernet và thay thế nó bằng môt header Token- ring chứa địa chỉ C. Bridge cũng phải đợi cho thẻ bài tự do trớc khi đặt gói tin lên mạng LAN Token-ring. Trong khi Bridge chờ đợi, các gói tin gửi tới mạng LAN Token-ring vẫn có thể tiếp tục đợc gửi. Những gói tin này phải đợc xếp hàng để xử lý.
Trong hình vẽ, hầu hết thông lợng lu thông trong nội bộ mạng LAN. Ngời ta khuyến cáo rằng chỉ nên sử dụng cầu nối khi lu lợng lu thông trong nội bộ mạng LAN chiếm hơn 80% và lu lợng lu thông giữa các mạng LAN nhỏ hơn 20%.
∗. Cầu nối giữa hai phân đoạn mạng cùng kiến trúc mạng.
Cũng hoạt động giống nh cầu nối giữa hai phân đoạn mạng không cùng kiến trúc mạng nhng việc chuyển gói tin giữa hai mạng LAN đơn giản hơn do không phải thay đổi header giữa hai kiến trúc mạng.
Nguyễn văn Lãng Trang 80 Bridge Station C Station A Station B IEEE 802.5 LAN Y IEEE 802.3 LAN X
∗. Cầu nối ở xa.
Trong trờng hợp hai mạng LAN riêng biệt đợc lắp đặt ở xa, chúng cần đợc kết nối thành một mạng duy nhất. Việc kết nối có thể thực hiện đợc dùng hai cầu nối ở xa với modem đồng bộ qua đờng điện thoại thuê bao.
Hình 2.9 Cầu nối ở xa đợc sử dụng kết nối các đoạn mạng ở xa.
∗. Các dạng cầu nối.
Có 2 dạng cầu nối
- Transparent bridge (Cầu nối trong suốt).
Transparent bridge hay còn có tên learning bridge (cầu nối biết học hỏi). Loại cầu này trong suốt đối với thiết bị truyền tin. Bridge này đọc các thông tin liên kết dữ liệu trên mỗi gói tin truyền qua mạng. Chúng phân tích và xem xét địa chỉ của MAC nguồn của mỗi thiết bị và lập bảng định tuyến.
- Source rourting bridge (cầu dẫn nguồn).
Loại cầu này dùng trên mạng Token-Ring. Một cầu dẫn nguồn là cầu nối đọc thông tin gắn với gói tin do thiết bị gửi. Thông tin phụ này trong gói tin sẽ xác định đờng dẫn đến phân đoạn đích trên mạng. Cầu dẫn nguồn sẽ phân tích thông tin để xác định luồng dữ liệu có đợc chuyển qua hay không.
Chú ý.
- Cầu nối truyền phát mọi thứ, có khả năng gây ra hiện tợng bão phát rộng
- Cầu nối thích hợp cho những mạng tơng đối đơn giản. - Xét ví dụ sau:
Nguyễn văn Lãng Trang 81 Đoạn mạng 2 Cầu nối ở xa Cầu nối ở xa Modem đồng bộ Đường truyền thêu bao Modem đồng bộ Đoạn mạng 1
Bridge Bridge
Node B Node A
Cả hai cầu nối đều nhận biết đợc sự tồn tại của nút B và cả hai đều có thể nhận đợc các gói tin từ mạng A gửi cho nó. Mỗi gói tin đều có thể đến B ít nhất 2 lần.
Trong trờng hợp xấu hơn khi các cầu nối kém thông minh này chuyển các gói tin đi theo vòng lặp. Các gói tin di chuyển trên mạng mà không bao giờ tới đích sẽ gây ra hiện tợng nghẽn mạng.
Một vấn đề khác là các cầu nối không thể phân tích để xác định đờng dẫn nào chuyển gói tin nhanh đến đích nhất, do đó không tiết kiệm đợc thời gian truyền dẫn.
5. Router
Trong môi trờng gồm nhiều đoạn mạng với giao thức và kiến trúc mạng khác nhau, cầu nối không đảm bảo truyền thông nhanh trong tất cả các đoạn mạng. Với những mạng phức tạp này, đòi hỏi phải có một thiết bị không những biết địa chỉ của mỗi đoạn mạng mà còn quyết định đờng truyền tốt nhất để dữ liệu đợc chuyển tới đích và sàng lọc lợng bão phát rộng trên
mạng cục bộ. Thiết bị nh vậy gọi là router. Router tổ chức mạng lớn thành các phân đoạn mạng logic, mỗi đoạn đợc gán cho một địa chỉ để cho mọi gói tin đều mang hai địa chỉ: Một điạ chỉ mạng đích và một địa chỉ thiết bị đích. Router hoạt động và định gói dữ liệu qua nhiều mạng.
Router sử dụng bảng định tuyến để xác định địa chỉ đích cho dữ liệu đến. Bảng định tuyến bao gồm các thông tin sau:
+ Toàn số địa chỉ mạng đã biết. + Cách kết nối vào các mạng khác. + Các lộ trình giữa các bộ đinh tuyến. + Phí tổn truyền dữ liệu qua các lộ trình đó.
Router thông minh hơn bridge, nó không chỉ xác định các bảng lộ trình mà còn dùng các giải thuật xác định đờng đi hiệu quả nhất để gửi một gói tin đến bất kỳ một mạng nào. Thậm chí nếu có một phân đoạn không đợc nối trực tiếp vào router thì chúng cũng biết đợc con đờng tốt nhất để gửi gói tin đến một thiết bị trên mạng đó.
Bởi vì bộ định tuyến phải thực hiện các chức năng phức tạp trên mỗi gói dữ liệu nên tốc độ xử lý một gói tin của nó thờng chậm hơn bridge.
Khi gói dữ liệu đợc truyền từ router này đến router khác, địa chỉ nguồn và đích ở tầng Data Link bị tớc bỏ và sau đó đợc tái tạo lại. Điều này cho phép router định tuyến gói dữ liệu từ mạng TCP/IP Ethernet đến mạng phục vụ trên mạng TCP/IP Token-Ring.
Router không tìm địa chỉ nút đến, chúng chỉ tìm địa chỉ mạng và chỉ truyền thông tin khi biết địa chỉ mạng. Khả năng kiểm soát dữ liệu qua router góp phần làm giảm bớt lu lợng truyền giữa các mạng.
Hình vẽ là một ví dụ về cách sử dụng router. Các Network A,B,C có thể là các mạng có giao thức và kiến trúc khác nhau, có khoảng cách rất xa nhau và đợc kết nối bằng các dịch vụ kết nối. Việc kết nối 3 mạng Network A,B,C tạo thành một mạng WAN.
*. Các giao thức định tuyến
Các giao thức có khả năng định tuyến bao gồm”
+ DCEnet. + OSI
+ IPX + XNS
+ IP + DDP
*. Có hai loại router thông dụng:
+ Router tĩnh: Các lộ trình do ngời quản lý lập ra.
+ Router động: Các router này biết tìm đờng dẫn tối u dựa vào thông tin của gói dữ liệu và thông tin của các router khác.
*. Các thuật toán định đờng.
Nguyễn văn Lãng Trang 83 Network A
Network A
Network B
Router
- Định tuyến xác định: Định tuyến xác định hay còn gọi là định tuyến cố định thiết lập hớng của các message dựa vào topology của mạng hoặc độ trễ trung bình hoặc cả hai.
+ Thuật toán định đờng ngắn nhất: Lựa chọn đờng đi ngắn nhất gia hai điểm mà không tính đến lu lợng mạng hoặc hiện tợng tắc nghẽn tại điểm nút trên đờng truyền. Thuật toán này phù hợp với các mạng tải thấp.
+ Thuật toán độ trễ nhỏ nhất: Tìm đờng đi cho gói tin sao cho độ trễ truyền dẫn là nhỏ nhất. Lu lợng của mạng không ảnh hởng đến hớng đi của message.
- Định tuyến thích nghi: Hớng đi của các message phụ thuộc vào tình trạng mạng tại từng thời điểm nh tình hình lu lợng mạng hiện tại, tình hình hỏng các nút mạng....
6. Brouter
Kết hợp các đặc tính tối u giữa cầu nối và bộ định tuyến. Khả năng của chúng:
+ Định tuyến cho các giao thức có khả năng định tuyến. + Bắc cầu cho các giao thức không thể định tuyến.
+ Cung cấp khả năng hoạt động liên mạng dễ quản lý và rẻ tiền hơn là sử dụng bridge hoặc router riêng rẽ.
7. Gateways
Thờng hoạt động ở lớp ứng dụng của mô hình OSI nhng nó có thể hoạt động ở bất kỳ tầng nào trong mô hình đó. Chúng cho phép truyền thông giữa các kiến trúc mạng và các môi trờng khác nhau. Gateways nhận dữ liệu từ một môi trờng, tớc bỏ chồng giao thức cũ và đóng gói lại trong tầng giao thức cũ của mạng đích. ứng dụng phổ biến của cổng giao tiếp là biên dịch giữa các môi trờng máy tính cá nhân, máy tính mini hoặc các máy tính mainframe. Một số hạn chế của gateways là:
+ Chỉ chuyên dùng cho các tác vụ. + Tốc độ xử lý chậm.
+ Chi phí đắt.