1 2 N Chu kỳ bus (chu kỳ TDMA)
3.4 Thiết bị liờn kết mạng
Để cho dũng dữ liệu giữa hai phần mạng cú thể truyền qua lại cho nhau được người ta sử dụng cỏc thiết bị liờn kết đặc biệt. Thụng thường thỡ mỗi phần mạng được thiết lập cỏc giao thức truyền thụng riờng, cỏc giao thức này cú thể giống nhau hoặc khỏc so với cỏc phần mạng cũn lại. Vấn đề là làm thế nào cú thể liờn kết hai mạng lại, mà người sử dụng hoàn toàn khụng phải thiết lập lại giao thức truyền thụng. Tựy theo những đặc điểm giống và khỏc nhau giữa hai phần mạng cần liờn kết, cú thể thực hiện được bằng cỏch chọn cỏc loại thiết bị liờn kết cho phự hợp trong số cỏc loại kết nối như bộ lặp (repeater), cầu nối (bridge), router và
gateway. Những thiết bị liờn kết này được chọn theo nhiệm vụ của chỳng theo mụ
hỡnh ISO/OSI.
3.4.1 Bộ lặp
Tớn hiệu từ một trạm phỏt ra trờn đường truyền khi tới cỏc trạm khỏc bao giờ cũng bị suy giảm và biến dạng, ớt hay nhiều tựy theo đặc tớnh của cỏp truyền và đặc tớnh tần số của tớn hiệu. Chớnh vỡ vậy mà cú sự liờn quan ràng buộc giữa tốc độ truyền (quyết định tần số tớn hiệu) với chiều dài tối đa của dõy dẫn. Mặt khỏc, cỏc chuẩn truyền dẫn như RS-485 cũng qui định chặt chẽ đặc tớnh điện học của cỏc thiết bị ghộp nối (được coi như tải), dẫn đến sự hạn chế về số trạm tham gia. Để mở rộng khoảng cỏch truyền cũng như nõng cao số trạm tham gia thỡ cỏch thụng thường là sử dụng cỏc bộ lặp (repeater).
99
Vai trũ của bộ lặp là sao chộp, khuếch đại và hồi phục tớn hiệu mang thụng tin trờn đường truyền. Hai phần mạng cú thể liờn kết với nhau qua một bộ lặp được gọi là cỏc đoạn mạng (segment), chỳng phải giống nhau hoàn toàn cả về tất cả cỏc lớp giao thức và kể cả đường truyền vật lý. Mặc dự cỏc đoạn mạng về mặt logic vẫn thuộc một mạng duy nhất, tức cỏc trạm của chỳng phải cú địa chỉ riờng biệt, mỗi đoạn mạng được coi như cỏch ly về mặt điện học. Vỡ vậy, số lượng cỏc trạm trong toàn mạng cú thể lớn hơn chuẩn truyền dẫn qui định.
Như Hỡnh 3.20 minh họa, chức năng của một bộ lặp cú thể coi như thuộc phần dưới của lớp vật lý nếu đối chiếu với mụ hỡnh OSI. Chỳ ý rằng, bộ lặp chỉ nối được hai đoạn đường dẫn của cựng một hệ thống truyền thụng, thực hiện cựng một giao thức và mụi trường truyền dẫn cũng hoàn toàn giống nhau. Trường hợp một thiết bị cú chức năng kết nối hai đoạn mạng cú mụi trường truyền dẫn khỏc nhau (vớ dụ một bờn dựng cỏp quang, một bờn dựng cỏp đồng trục), ta dựng khỏi niệm bộ chuyển đổi hoặc bộ thớch ứng.
Khỏc với một bộ khuếch đại tớn hiệu, một bộ lặp khụng chỉ làm nhiệm vụ khuếch đại cỏc tớn hiệu bị suy giảm, mà cũn chỉnh dạng và tỏi tạo tớn hiệu trong trường hợp tớn hiệu bị nhiễu. Một bộ lặp tuy khụng cú một địa chỉ riờng, khụng tham gia trực tiếp vào cỏc hoạt động giao tiếp nhưng vẫn được coi là một trạm, hay một thành viờn trong mạng.
3.4.2 Cầu nối
Cầu nối (bridge) phục vụ cho việc liờn kết cỏc mạng con với nhau, chỉ khi phần phớa trờn của lớp 2 của chỳng (được gọi là lớp điều khiển kết nối logic, Logical Link Control-LLC) làm việc với cựng một giao thức. Mụi trường truyền dẫn và
phương phỏp điều khiển truy nhập đường dẫn cho mỗi một mạng con cú thể khỏc nhau. Cầu nối được sử dụng khi liờn kết cỏc mạng con cú cấu trỳc khỏc nhau hoặc do một yờu cầu thiết kế đặc biệt nào đú. Nhiệm vụ của cầu nối nhiều khi chỉ để giải quyết vấn đề điều khiển truy nhập mụi trường (MAC), cũn chức năng của lớp LLC khụng bị thay đổi gỡ. Trong trường hợp này, cầu nối cú thể được sử dụng cho
100
ghộp nối cỏc mạng con mà mụi trường truyền dẫn cú thể khỏc nhau, vớ dụ giữa cỏp đồng trục với cỏp quang, hoặc ghộp nối cỏc mạng con cú phương phỏp truy nhập bus khỏc nhau, vớ dụ giữa Token Ring và Ethernet.
101
Router cú nhiệm vụ liờn kết hai mạng với nhau trờn cơ sở lớp 3 theo mụ hỡnh OSI. Router cũng cú chức năng xỏc định đường đi tối ưu cho một gúi dữ liệu cho hai đối tỏc thuộc cỏc mạng khỏc nhau (routing). Cỏc mạng được liờn kết cú thể khỏc nhau ở hai lớp
1 và 2, nhưng bắt buộc phải giống nhau ở lớp 3. Mỗi mạng đều cú một địa chỉ riờng biệt và một khụng gian địa chỉ riờng. Điều đú cú nghĩa là, hai trạm thuộc hai mạng khỏc nhau cú thể cú cựng một địa chỉ, tuy nhiờn chỳng được phõn biệt bởi địa chỉ của mạng. Cũng như cỏc nỳt mạng khỏc, tương ứng với mỗi mạng router cú một địa chỉ riờng. Như vậy, nếu một router ghộp nối n mạng thỡ bản thõn nú cú n địa chỉ - cỏc trạm trong một mạng chỉ nhỡn thấy một địa chỉ của router.
Hỡnh 3.22 mụ tả nguyờn tắc làm việc của router trong mụ hỡnh OSI. Đối với bus trường, lớp 3 hầu như khụng cú ý nghĩa, vỡ vậy router chỉ cú vai trũ quan trọng trong cỏc hệ thống mạng cao cấp hơn như mạng cục bộ (LAN) hoặc mạng diện rộng (WAN).
Trong việc giao tiếp liờn mạng thỡ mó địa chỉ trong một bức điện bao gồm nhiều thành phần, trong đú cú địa chỉ của nơi gửi, nơi nhận cũng như cỏc thành phần mụ tả địa chỉ mạng mà bức điện cần đi qua. Để thực hiện được việc tỡm đường đi tối ưu, router phải thay đổi cỏc thành phần liờn quan trong mó địa chỉ này trước khi truyền tiếp dữ liệu đi, nhờ một thuật toỏn cho trước và một bảng chứa những thụng tin cần thiết của cỏc mạng tham gia. Tiờu chuẩn cho đường đi tối ưu phụ thuộc vào qui định cụ thể, vớ dụ đường truyền đến địa chỉ cần gửi là ngắn nhất, thời gian truyền thụng tin ngắn nhất, qua ớt thiết bị truyền tin trung gian nhất hay giỏ thành hợp lý nhất, hoặc cũng cú thể kết hợp nhiều yếu tố khỏc nhau.
Hỡnh 3.21 minh họa nguyờn tắc làm việc của một cầu nối. Đối chiếu với mụ hỡnh OSI thỡ một cầu nối làm việc trờn cơ sở lớp LLC, tức phần trờn của lớp 2. Như vậy, nú sẽ phải thực hiện cỏc giao thức phớa dưới lớp này cho cả hai phần mạng để cú thể chuyển đổi cỏc bức điện qua lại. Bản thõn một cầu nối khụng cú địa chỉ mạng riờng
3.4.4 Gateway
Gateway được sử dụng để liờn kết cỏc hệ thống mạng khỏc nhau (cỏc hệ thống bus khỏc nhau). Nhiệm vụ chớnh của gateway là chuyển đổi giao thức ở cấp cao, thường được thực hiện bằng cỏc thành phần phần mềm. Như vậy, gateway khụng nhất thiết phải là một thiết bị đặc biệt, mà cú thể là một mỏy tớnh PC với cỏc phần mềm cần thiết. Tuy nhiờn, cũng cú cỏc sản phẩm phần cứng chuyờn dụng thực hiện chức năng gateway.
Hỡnh 3.23 minh họa nguyờn tắc làm việc của một gateway. Chớnh vỡ nguyờn tắc hoạt động trờn lớp ứng dụng, nờn gateway cho phộp liờn kết cỏc hệ thống theo mụ hỡnh kiến trỳc bảy lớp OSI và cả cỏc hệ thống khụng theo mụ hỡnh này.
Một cõu hỏi mang tớnh chất lý thuyết nhiều hơn là ý nghĩa thực tế là khả năng liờn kết hay khả năng chuyển đổi giữa cỏc hệ thống mạng khỏc nhau, đặc biệt là giữa cỏc hệ
102
thống bus trường3. Trong khi việc chuẩn húa cỏc hệ thống bus cũn mang nhiều vấn đề thỡ người sử dụng thường mong đợi sự tương thớch giữa chỳng ở một mức độ nào đú. Tuy nhiờn, trước khi trả lời cõu hỏi này ta cần phải làm rừ hai vấn đề sau:
103
• Sự liờn kết hay chuyển đổi giữa hai hệ thống mạng núi chung và ở cấp trường núi riờng nhằm mục đớch cụ thể gỡ?
• Hai hệ thống mạng cú cựng thực hiện một số dịch vụ tương đương hay khụng?
Nếu như mục đớch của việc liờn kết chỉ là khả năng truy nhập dữ liệu xuyờn suốt mạng, thỡ khụng nhất thiết phải dựng những bộ chuyển đổi “trực tuyến” (on-wire). Một giải phỏp đơn giản, thụng dụng hơn nhiều là sử dụng một thiết bị trung gian cú vai trũ tương tự như một gateway, vớ dụ một PLC hay một PC, như trong cỏc cấu hỡnh hệ thống phõn cấp thường gặp trong thực tế.