- Thực thể: là thành phần tớch cực trong mỗi tầng, nú cú thể là một tiến trỡnh
6.4. Cỏc thiết bị dựng để kết nối LAN
6.4.1. Bộ lặp tớn hiệu (Repeater)
Repeater là loại thiết bị phần cứng đơn giản nhất trong cỏc thiết bị liờn kết mạng, nú được hoạt động trong tầng vật lý của mụ hỡnh OSI. Khi Repeater nhận được một tớn hiệu từ một phớa của mạng thỡ nú sẽ phỏt tiếp vào phớa kia của mạng.
Hỡnh 6.2: Mụ hỡnh liờn kết mạng sử dụng Repeater
Repeater khụng cú xử lý tớn hiệu mà nú chỉ loại bỏ cỏc tớn hiệu mộo, nhiễu, khuếch đại tớn hiệu đó bị suy hao (vỡ đó được phỏt với khoảng cỏch xa) và khụi phục lại tớn hiệu ban đầu. Việc sử dụng Repeater đó làm tăng thờm chiều dài của mạng.
Hỡnh 6.3: Hoạt động của Repeater trong mụ hỡnh OSI
Hiện nay cú hai loại Repeater đang được sử dụng là Repeater điện và Repeater điện quang.
− Repeater điện nối với đường dõy điện ở cả hai phớa của nú, nú nhận tớn hiệu điện từ một phớa và phỏt lại về phớa kia. Khi một mạng sử dụng Repeater điện để nối cỏc phần của mạng lại thỡ cú thể làm tăng khoảng cỏch của mạng, nhưng khoảng cỏch đú luụn bị hạn chế bởi một khoảng cỏch tối đa do độ trễ của tớn hiệu. Vớ dụ với mạng sử dụng cỏp đồng trục 50 thỡ khoảng cỏch tối đa là 2.8 km, khoảng cỏch đú khụng thể kộo them cho dự sử dụng thờm Repeater.
− Repeater điện quang liờn kết với một đầu cỏp quang và một đầu là cỏp điện, nú chuyển một tớn hiệu điện từ cỏp điện ra tớn hiệu quang để phỏt trờn cỏp quang và ngược lại. Việc sử dụng Repeater điện quang cũng làm tăng thờm chiều dài của mạng.
Việc sử dụng Repeater khụng thay đổi nội dung cỏc tớn hiện đi qua nờn nú chỉ được dựng để nối hai mạng cú cựng giao thức truyền thụng (như hai mạng Ethernet hay hai mạng Token ring) và khụng thể nối hai mạng cú giao thức truyền thụng khỏc nhau. Thờm nữa Repeater khụng làm thay đổi khối lượng chuyển vận trờn mạng nờn việc sử dụng khụng tớnh toỏn nú trờn mạng lớn sẽ hạn chế hiệu năng của mạng. Khi lưa chọn sử dụng Repeater cần chỳ ý lựa chọn loại cú tốc độ chuyển vận phự hợp với tốc độ của mạng.
6.4.2. Bộ tập trung (Hub)
Hub là một trong những yếu tố quan trọng nhất của LAN, đõy là điểm kết nối dõy trung tõm của mạng, tất cả cỏc trạm trờn mạng LAN được kết nối thụng qua Hub. Hub thường được dựng để nối mạng, thụng qua những đầu cắm của nú người ta liờn kết với cỏc mỏy tớnh dưới dạng hỡnh sao.
Một hub thụng thường cú nhiều cổng nối với người sử dụng để gắn mỏy tớnh và cỏc thiết bị ngoại vi. Mỗi cổng hỗ trợ một bộ kết nối dựng cặp dõy xoắn 10BASET từ mỗi trạm của mạng.
Khi tớn hiệu được truyền từ một trạm tới hub, nú được lặp lại trờn khắp cỏc cổng khỏc của. Cỏc hub thụng minh cú thể định dạng, kiểm tra, cho phộp hoặc khụng cho phộp bởi người điều hành mạng từ trung tõm quản lý hub.
Nếu phõn loại theo phần cứng thỡ cú 3 loại hub: − Hub đơn (stand alone hub)
− Hub modun (Modular hub) rất phổ biến cho cỏc hệ thống mạng vỡ nú cú thể dễ dàng mở rộng và luụn cú chức nǎng quản lý, modular cú từ 4 đến 14 khe cắm, cú thể lắp thờm cỏc modun Ethernet 10BASET.
− Hub phõn tầng (Stackable hub) là lý tưởng cho những cơ quan muốn đầu tư tối thiểu ban đầu nhưng lại cú kế hoạch phỏt triển LAN sau này.
Nếu phõn loại theo khả năng ta cú 2 loại:
− Hub bị động (Passive Hub) : Hub bị động khụng chứa cỏc linh kiện điện tử và cũng khụng xử lý cỏc tớn hiệu dữ liệu, nú cú chức năng duy nhất là tổ hợp cỏc tớn hiệu từ một số đoạn cỏp mạng.
− Hub chủ động (Active Hub) : Hub chủ động cú cỏc linh kiện điện tử cú thể khuyếch đại và xử lý cỏc tớn hiệu điện tử truyền giữa cỏc thiết bị của mạng. Quỏ trỡnh xử lý tớn hiệu được gọi là tỏi sinh tớn hiệu, nú làm cho tớn hiệu trở nờn tốt hơn, ớt nhạy cảm với lỗi do vậy khoảng cỏch giữa cỏc thiết bị cú thể tăng lờn. Tuy nhiờn những ưu điểm đú cũng kộo theo giỏ thành của Hub chủ động cao hơn nhiều so với Hub bị động. Cỏc mạng Token ring cú xu hướng dựng Hub chủ động.
Về cơ bản, trong mạng Ethernet, hub hoạt động như một repeater cú nhiều cổng.
6.4.3. Cầu (Bridge)
Bridge là một thiết bị cú xử lý dựng để nối hai mạng giống nhau hoặc khỏc nhau, nú cú thể được dựng với cỏc mạng cú cỏc giao thức khỏc nhau. Cầu nối hoạt động trờn tầng liờn kết dữ liệu nờn khụng như bộ tiếp sức phải phỏt lại tất cả những gỡ nú nhận được thỡ cầu nối đọc được cỏc gúi tin của tầng liờn kết dữ liệu trong mụ hỡnh OSI và xử lý chỳng trước khi quyết định cú chuyển đi hay khụng.
Khi nhận được cỏc gúi tin Bridge chọn lọc và chỉ chuyển những gúi tin mà nú thấy cần thiết. Điều này làm cho Bridge trở nờn cú ớch khi nối một vài mạng với nhau và cho phộp nú hoạt động một cỏch mềm dẻo.
Hỡnh 6.4: Hoạt động của cầu nối
Để thực hiện được điều này trong Bridge ở mỗi đầu kết nối cú một bảng cỏc địa chỉ cỏc trạm được kết nối vào phớa đú, khi hoạt động cầu nối xem xột mỗi gúi tin nú nhận được bằng cỏch đọc địa chỉ của nơi gửi và nhận và dựa trờn bảng địa chỉ phớa nhận được gúi tin nú quyết định gửi gúi tin hay khụng và bổ xung bảng địa chỉ.
Khi đọc địa chỉ nơi gửi Bridge kiểm tra xem trong bảng địa chỉ của phần mạng nhận được gúi tin cú địa chỉ đú hay khụng, nếu khụng cú thỡ Bridge tự động bổ xung bảng địa chỉ (cơ chế đú được gọi là tự học của cầu nối).
Khi đọc địa chỉ nơi nhận Bridge kiểm tra xem trong bảng địa chỉ của phần mạng nhận được gúi tin cú địa chỉ đú hay khụng, nếu cú thỡ Bridge sẽ cho rằng đú là gúi tin nội bộ thuộc phần mạng mà gúi tin đến nờn khụng chuyển gúi tin đú đi, nếu ngược lại thỡ Bridge mới chuyển sang phớa bờn kia. Ở đõy chỳng ta thấy một trạm khụng cần thiết chuyển thụng tin trờn toàn mạng mà chỉ trờn phần mạng cú trạm nhận mà thụi.
Hỡnh 6.5 : Hoạt động của Bridge trong mụ hỡnh OSI
Để đỏnh giỏ một Bridge người ta đưa ra hai khỏi niệm : Lọc và chuyển vận. Quỏ trỡnh xử lý mỗi gúi tin được gọi là quỏ trỡnh lọc trong đú tốc độ lọc thể hiện trực tiếp khả năng hoạt động của Bridge. Tốc độ chuyển vận được thể hiện số gúi tin/giõy trong đú thể hiện khả năng của Bridge chuyển cỏc gúi tin từ mạng này sang mạng khỏc.
Hiện nay cú hai loại Bridge đang được sử dụng là Bridge vận chuyển và Bridge biờn dịch. Bridge vận chuyển dựng để nối hai mạng cục bộ cựng sử dụng một giao thức truyền thụng của tầng liờn kết dữ liệu, tuy nhiờn mỗi mạng cú thể sử dụng loại dõy nối khỏc nhau. Bridge vận chuyển khụng cú khả năng thay đổi cấu trỳc cỏc gúi tin mà nú nhận được mà chỉ quan tõm tới việc xem xột và chuyển vận gúi tin đú đi.
Bridge biờn dịch dựng để nối hai mạng cục bộ cú giao thức khỏc nhau nú cú khả năng chuyển một gúi tin thuộc mạng này sang gúi tin thuộc mạng kia trước khi chuyển qua
Vớ dụ : Bridge biờn dịch nối một mạng Ethernet và một mạng Token ring. Khi đú Cầu nối thực hiện như một nỳt token ring trờn mạng Token ring và một nỳt Enthernet trờn mạng Ethernet. Cầu nối cú thể chuyền một gúi tin theo chuẩn đang sử dụng trờn mạng Enthernet sang chuẩn đang sử dụng trờn mạng Token ring. Tuy nhiờn chỳ ý ở đõy cầu nối khụng thể chia một gúi tin ra làm nhiều gúi tin cho nờn phải hạn chế kớch thước tối đa cỏc gúi tin phự hợp với cả hai mạng. Vớ dụ như kớch thước tối đa của gúi tin trờn mạng Ethernet là 1500 bytes và trờn mạng Tokenring là 6000 bytes do vậy nếu một trạm trờn mạng token ring gửi một gúi tin cho trạm trờn mạng Ethernet với kớch thước lớn hơn 1500 bytes thỡ khi qua cầu nối số lượng byte dư sẽ bị chặt bỏ.
Hỡnh 6.6: Bridge biờn dịch
Người ta sử dụng Bridge trong cỏc trường hợp sau :
− Mở rộng mạng hiện tại khi đó đạt tới khoảng cỏch tối đa do Bridge sau khi xử lý gúi tin đó phỏt lại gúi tin trờn phần mạng cũn lại nờn tớn hiệu tốt hơn bộ tiếp sức.
− Giảm bớt tắc nghẽn mạng khi cú quỏ nhiều trạm bằng cỏch sử dụng Bridge, khi đú chỳng ta chia mạng ra thành nhiều phần bằng cỏc Bridge, cỏc gúi tin trong nội bộ tựng phần mạng sẽ khụng được phộp qua phần mạng khỏc.
Để nối cỏc mạng cú giao thức khỏc nhau.
Một vài Bridge cũn cú khả năng lựa chọn đối tượng vận chuyển. Nú cú thể chỉ chuyển vận những gúi tin của nhửng địa chỉ xỏc định. Vớ dụ : cho phộp gúi tin của mỏy A, B qua Bridge 1, gúi tin của mỏy C, D qua Bridge 2.
Một số Bridge được chế tạo thành một bộ riờng biệt, chỉ cần nối dõy và bật. Cỏc Bridge khỏc chế tạo như card chuyờn dựng cắùm vào mỏy tớnh, khi đú trờn mỏy tớnh sẽ sử dụng phần mềm Bridge. Việc kết hợp phần mềm với phần cứng cho phộp uyển chuyển hơn trong hoạt động của Bridge.
6.4.4. Bộ chuyển mạch (Switch)
Bộ chuyển mạch là sự tiến hoỏ của cầu, nhưng cú nhiều cổng và dựng cỏc mạch tớch hợp nhanh để giảm độ trễ của việc chuyển khung dữ liệu.
Switch giữa bảng địa chỉ MAC của mỗi cổng và thực hiện giao thức Spanning- Tree. Switch cũng hoạt động ở tầng data link và trong suốt với cỏc giao thức ở tầng trờn.
6.4.5. Bộ định tuyến(Router)
Router là một thiết bị hoạt động trờn tầng mạng, nú cú thể tỡm được đường đi tốt nhất cho cỏc gúi tin qua nhiều kết nối để đi từ trạm gửi thuộc mạng đầu đến trạm nhận thuộc mạng cuối. Router cú thể được sử dụng trong việc nối nhiều mạng với nhau và cho phộp cỏc gúi tin cú thể đi theo nhiều đường khỏc nhau để tới đớch.
6.5. Lan khụng dõy 6.5.1. Khỏi quỏt
Cỏc loại LAN mà chỳng ta vừa thảo luận ở trờn, hầu hết đều dựng cỏp xoắn đụi hay cỏp đồng trục để làm mụi trường vật lý truyền. Giỏ thành chủ yếu liờn quan đến cỏc LAN này chớnh là chi phớ lắp đặt cỏc đường cỏp vật lý. Hơn thế nữa, nếu kiến trỳc của sơ đồ kết nối cỏc mỏy tớnh thay đổi thỡ chi phớ để thực hiện tương đương với chi phớ lắp đặt từ đầu khi thay đổi kế hoạch nối dõy. Đõy là một trong cỏc lý do vỡ sao cỏc mạng LAN khụng dõy được phỏt triển. Cỏc LAN khụng dõy là cỏc LAN khụng dựng cỏc dõy nối vật lý làm mụi trường vật lý truyền dẫn chớnh.
Một lý do thứ hai là sự xuất hiện cỏc thiết bị đầu cuối và mỏy tớnh xỏch tay. Khi kỹ thuật ngay càng trở nờn tiờn tiến thỡ cỏc thiết bị như vậy nhanh chúng so sỏnh được về sức mạnh với cỏc mỏy tớnh cố định. Mặc dự lý do chớnh để dựng cỏc thiết bị này là tớnh di động, chỳng thường phải thụng tin liờn lạc với cỏc mỏy tớnh khỏc. Cỏc mỏy tớnh khỏc cú thể là mỏy tớnh xỏch tay (di động) hoặc phổ biến hơn là cỏc mỏy tớnh được nối vào cỏc mạng LAN nối dõy. Vớ dụ như cỏc thiết bị đầu cuối trong siờu thị thụng tin với cỏc mỏy tớnh lưu trữ ở xa để cập nhật cỏc record trong cơ sở dữ liệu của kho hàng hoặc trong một bệnh viện, một y tỏ với một mỏy tớnh xỏch tay cú thể truy xuất vào hồ sơ của bệnh nhõn được giữ trong cơ sở dữ liệu tại một mainframe.
Một tập thể cỏc chuẩn LAN khụng dõy đó được phỏt triển bởi tổ chức IEEE gọi là IEEE 802.11. Thuật ngữ và vài thuộc tớnh đặc biệt của 802.11 là duy nhất đối với chuẩn này và khụng bị ảnh hưởng trong tất cả cỏc sản phẩm thương mại. Tuy nhiờn,
việc làm quen với chuẩn này là rất hữu ớch vỡ cỏc đặc tớnh của nú tượng trưng cho cỏc năng lực mạng được yờu cầu đối với LAN khụng dõy.
Một sơ đồ minh họa hai ứng dụng của cỏc LAN khụng dõy được trỡnh bày trờn hỡnh 6.8(a). Như chỳng ta cú thể thấy, trong ứng dụng thứ nhất, để truy xuất vào mỏy tớnh server đang được kết nối vào một LAN nối dõy, cần dựng một thiết bị trung gian được gọi là đơn vị truy xuất di động PAU (Portable Access Unit). Thụng thường vựng phủ của PAU là từ 50 đến 100m và trong một dự ỏn lắp đặt lớn cú nhiều đơn vị như vậy phõn bố xung quanh một điểm. Tập hợp cỏc đơn vị này cung cấp khả năng truy xuất vào LAN nối dõy và do đú là truy xuất vào cỏc mỏy tớnh server cho cỏc mỏy cầm tay, mỏy tớnh xỏch tay hay mỏy tớnh cố định, mỗi thiết bị đầu cuối này cú thể tọa lại tại bất cứ nơi nào xung quanh điểm này. Loại ứng dụng này được gọi là LAN khụng dõy cú hạ tầng cơ sở.
Trong ứng dụng thứ hai, một tập cỏc mỏy tớnh di động cú thể thụng tin với nhau hỡnh thành một LAN đơn giản hay LAN khụng dõy khụng cú hạ tầng cơ sở. Vớ dụ điều này cú thể trong một phũng hội thảo, hay tại một sõn bay. Vỡ cỏc mạng như vậy được tạo ra theo yờu cầu, nờn chỳng thường được xem như cỏc LAN khụng dõy đơn giản. Cũng như cỏc LAN nối dõy, cú một số điểm cần phải xem xột khi mụ tả hoạt động của cỏc LAN khụng dõy và chỳng được túm tắt trờn hỡnh 6.8(b). Trong thực tế, cú nhiều mối liờn quan giữa cỏc chủ điểm đó được xỏc định, nhưng vỡ mục đớch mụ tả nờn mỗi chủ điểm sẽ được xem xột một cỏch độc lập.
Hỡnh 6.8. Cỏc LAN khụng dõy a) Cỏc topo ứng dụng b) Cỏc khớa cạnh kỹ thuật
6.5.2. Đường truyền khụng dõy
Cú hai loại đường truyền được dựng cho cỏc LAN khụng dõy là song trong dải tần số radio và cỏc tớn hiệu hồng ngoại tuyến. Chỳng ta sẽ xem xột cỏc đặc trưng của từng loại riờng biệt, cho dự cỏc kỹ thuật được dựng cho cả hai loại này là hoàn toàn tương tự nhau.
6.5.2.1. Đường truyền bằng song radio
Cỏc song radio được dựng rộng rói trong nhiều ứng dụng. Bao gồm phỏt thanh và truyền hỡnh đại chỳng, và cỏc mạng điện thoại di động. Vỡ song radio cú thể xuyờn qua dễ dàng cỏc chướng ngại vật như cỏc bức tường, nờn cỏc phương phỏp điều khiển chặt chẽ được ỏp dụng khi dựng phổ của song radio. Dải ứng dụng rộng cũng cú nghĩa là băng thụng của radio khan hiếm. Đối với một ứng dụng đặc biệt, một băng tần xỏc định phải được phõn phối một cỏch chớnh thức. Trong quỏ khứ điều này đó được thực hiện cơ bản trờn một quốc gia, nhưng với đà gia tăng ứng dụng thỡ cỏc sắp xếp mang tớnh quốc tế đang được ký kết, qua đú để riờng cỏc băng tần đó chọn cho cỏc ứng dụng liờn quan đến quốc tế.
Cỏc nhu cầu giới hạn phỏt song radio vào một băng tần nào đú và trong cỏc mỏy thu liờn quan chỉ chọn cỏc tớn hiệu trong băng tần này làm cho cỏc mạch điện liờn quan
đến cỏc hệ thống truyền tin radio phức tạp hơn nhiều so với những gỡ được dựng trong cỏc hệ thống thụng tin bằng hồng ngoại. Tuy nhiờn, việc sử dụng rộng rói song radio, đặc biệt là trong số lượng lớn sản phẩm dõn dụng khiến cho giỏ thành thiết kế cỏc hệ thống radio ở mức chấp nhận được.
Tổn thất đường truyền (path loss)
Tất cả cỏc mỏy thu radio đều được thiết kế để hoạt động với một tỉ số SNR qui định, nghĩa là tỉ số giữa năng lượng tớn hiệu thu được trờn năng lượng của nhiễu tại mỏy thu khụng được xuống thấp hơn một giỏ trị cho trước. Nhỡn chung, độ phức tạp của mỏy thu tăng thỡ SNR giảm. Tuy nhiờn, với giỏ thành hạ của cỏc mỏy tớnh xỏch tay cũng cú nghĩa là giỏ cả chấp nhận được của cỏc đơn vị giao tiếp mạng radio phải cú