Về nguyên tắc, mọi topology của mạng máy tính đều có thể áp dụng cho mạng cục bộ. Song do đặc thù của mạng cục bộ nên chỉ có 3 topology thường được sử dụng, đó là Star, Bus và Ring.
* Mạng hình sao:
Tất cả các trạm được kết nối với một thiết bị trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các trạm và chuyển đếùn trạm đích. Tuỳ theo yêu cầu truyền thông trên mạng mà thiết bị trung tâm có thể là bộ chuyển mạch (switch), bộ chọn đường (router) hoặc là bộ phân kênh (hub). Vai trò của thiết bị trung tâm này là thực hiện việc thiết lập các liên kết điểm-điểm (point-to-point) giữa các trạm.
+ Ưu điểm của topo mạng hình sao: Thiết lập mạng đơn giản, dễ dàng cấu hình lại mạng (thêm, bớt các trạm), dễ dàng kiểm soát và khắc phục sự cố, tận dụng được tối đa tốc độ truyền của đường truyền vật lý.
+ Nhược điểm của topo mạng hình sao: Độ dài đường truyền nối một trạm với thiết bị trung tâm bị hạn chế (trong vòng 100m với công nghệ hiện nay).
Hub
Hình 3.2: Sơ đồ mạng hình sao
* Mạng Bus:
Hình 3.1. Sơ đồ tóm tắt mạng cục bộ
Trong mạng trục (BUS) tất cả các trạm phân chia một đường truyền chung (bus). Đường truyền chính được giới hạn hai đầu bằng hai đầu nối đặc biệt gọi là terminator. Mỗi trạm được nối với trục chính qua một đầu nối chữ T (T- connector) hoặc một thiết bị thu phát (transceiver).
Khi một trạm truyền dữ liệu tín hiệu được quảng bá trên cả hai chiều của bus, tức là mọi trạm còn lại đều có thể thu được tín hiệu đó trực tiếp. Đối với các bus một chiều thì tín hiệu chỉ đi về một phía, lúc đó các terminator phải được thiết kế sao cho các tín hiệu đó phải được dội lại trên bus để cho các trạm trên mạng đều có thể thu nhận được tín hiệu đó. Như vậy với topo mạng trục dữ liệu được truyền theo các liên kết điểm-đa điểm (point-to-multipoint) hay quảng bá (broadcast).
+ Ưu điểm: Dễ thiết kế, chi phí thấp, mạng có thể mở rộng một cách dễ dàng
+ Nhược điểm: Tính ổn định kém, khi một chổ nào đó trên cáp bị hỏng là toàn bộ mạng bị ngừng hoạt động
* Mạng hình vòng:
Mạng bao gồm một đường tròn không có điểm đầu và điểm cuối. Thông tin trên mạng hoạt động theo một chiều xác định (do nhà thiết kế mạng quy định). Các trạm được nối vào các nút và có thể đạt tới 256 nút. Server đảm nhận vai trò khởi động mạng và điều khiển các hoạt động của mạng.
+ Ưu điểm: giảm thiểu khả năng chồng chéo thông tin. Khi qua các nút, thông tin được khuyếch đại, cho nên khoảng cách giữa 2 nút có thể xa nhau.
+ Nhược điểm: khi một nút bị sự cố, vòng tròn có thể bị ảnh hưởng.
* Kết nối hỗn hợp:
Hình 3.3: Sơ đồ mạng hình Bus
Hình 3.4: Sơ đồ mạng hình Ring
Là sự phối hợp các kiểu kết nối khác nhau, ví du hình cây là cấu trúc phân tầng của kiểu hình sao hay các HUB có thể được nối với nhau theo kiểu bus, từ các HUB nối với các máy theo hình sao.
Hub
Hub
Hình 3.5: Sơ đồ mạng kết hợp
2.2. Đường truyền vật lý
Mạng cục bộ thường sử dụng 3 loại đường vật lý là cáp đôi xoắn, cáp đồng trục và cáp sợi quang. Ngoài ra, gần đây người ta cũng đã bắt đầu sử dụng nhiều mạng cục bộ không dây (wireless) nhờ radio hoặc viba.
Cáp đồng trục được sử dụng nhiều trong các mạng hình Bus, hoạt độnh truyền dẫn theo giải cơ sở (baseband) hoặc giải rộng (broadband). Đó là hai phương thức sử dụng giải thông của đường truyền. Với baseband, toàn bộ giải thông của đường truyền được dành cho một kênh truyền thông duy nhất, trong khi broadband thì hai hoặc nhiều kênh truyền thông cùng phân chia giải thông của đường truyền.
Hầu hết các mạng cục bộ sử dụng phương thức baseband. Với phương thức này, tín hiệu có thể được truyền đi dưới hai dạng: tương tự hoặc số không cần điều chế.
Phương thức baseband có thể dùng cho cả cáp xoắn đôi lẫn cáp đồng trục, nhưng cáp xoắn đôi chỉ thích hợp với các mạng nhỏ, hiệu năng thấp và chi phí đầu tư thấp.
Phương thức broadband chia giải thông của đường truyền thành những giải tần con (kênh), mỗi giải tần con đó cung cấp cho một kênh truyền dữ liệu tách biệt nhờ sử dụng một cặp Modem đặc biệt, đây chính là kĩ thuật ghép kênh FDM (Frequency Division Multiplexing). Vì tần số sử dụng thường nằm trong giải
Hình 3.6: Các phương thức truyền Broadband và Basebandbroadband baseband
tần radio nên các Modem được sử dụng là RFModem. Broadband là phương tiện truyền một chiều: các tín hiệu đưa vào đường truyền chỉ có thể truyền đi theo một chiều.
Broadband cũng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp truyền hình an- ten cộng đồng, trong đó một số kênh truyền hình chia sẻ chung một đường cáp đồng trục.
Việc lựa chọn đường truyền và thiết kế sơ đồ đi cáp là một trong những công việc quan trọng nhất khi thiết kế và cài đặt một mạng máy tính nói chung và một mạng cục bộ nói riêng. Giải pháp lựa chọn phải luôn luôn đáp ứng được yêu cầu sử dụng mạng thực tế, và không chỉ cho hiện tại mà còn cho cả tương lai
2.3. Các phương pháp truy cập đường truyền vật lý
Có 3 phương pháp cơ bản là: CSMA/CD (phương pháp sử dụng sóng mang với phát hiện xung đột), TOKEN BUS (Bus với thẻ bài) và TOKEN RING (Ring với thẻ bài).
2.3.1. Phương pháp CSMA/CD
Phương pháp CSMA (Carrier Sence Multiple Access _ đa truy cập sử dụng sóng mang) còn gọi là phương pháp LBT (Listen Before Talk _ nghe trước khi nói).
Một trạm có dữ liệu cần truyền, trước hết phải “nghe” xem đường truyền rỗi hay bận. Nếu rỗi thì trạm bắt đầu truyền tin, nếu bận thì trạm thực hiện 1 trong 3 giải thuật sau:
(1) Non-persistent: Trạm tạm “rút lui” chờ đợi 1 thời gian ngẫu nhiên nào đó rồi lại bắt đầu nghe đường truyền.
(2) 1-persistent: Trạm tiếp tục “nghe” đến khi đường truyền rỗi thì truyền dữ liệu đi với xác suất 1. (xác suất độ ưu tiên)
(3) p-persistent: Trạm tiếp tục “nghe” đến khi đường truyền rỗi thì truyền dữ liệu đi với xác suất p xác định trước (0<p<1).
* Giải thuật (1): có hiệu quả trong việc tránh xung đột nhưng có thể có thời gian “chết”.
* Giải thuật (2): giảm thời gian “chết” nhưng có khả năng xảy ra xung đột.
* Giải thuật (3): với giá trị p phải lựa chọn hợp lý để có thể tối thiểu hóa cả xung đột lẫn thời gian “chết”.
CSMA “chỉ nghe trước khi nói” còn trong khi nói thì không nên có thể xảy ra xung đột mà các trạm không biết gì, cứ phát đi các gói tin dẫn đến lãng phí đường truyền.
Để khắc phục, người ta bổ sung thêm 2 qui tắc vào CSMA gọi là phương pháp CSMA/CD (Collision Detection) hay phương pháp LWT (Listen While Talk):
+ Khi đang truyền vẫn tiếp tục nghe đường truyền. Nếu phát hiện xung đột thì ngừng ngay việc truyền tin nhưng vẫn tiếp tục gởi tín hiệu sóng mang thêm 1 thời gian nữa để đảm bảo các trạm đều có thể nghe được sự kiện xung đột này.
+ Sau đó, trạm chờ đợi 1 thời gian ngẫu nhiên rồi thử truyền lại theo các qui tắc của CSMA.
Rõ ràng với CSMA/CD, thời gian chiếm dụng vô ích đường truyền giảm xuống bằng thời gian dùng để phát hiện 1 xung đột.
CSMA/CD sử dụng 1 trong 3 giải thuật trên, nhưng giải thuật (2) được ưa dùng hơn cả.
2.3.2. Phương pháp TOKEN BUS
Các trạm trên Bus tạo nên một vòng logic và được xác định vị trí theo 1 thứ tự mà trạm cuối cùng dãy sẽ tiếp liền sau bởi trạm đầu tiên.
Thẻ bài (Token) dùng cấp phát quyền truy cập, nó được chuyển trong vòng logic. Khi trạm nhận được thẻ bài thì nó được trao quyền sử dụng đường truyền trong một thời gian xác định để truyền dữ liệu.
Khi công việc xong hoặc đã hết thời hạn thì trạm sẽ chuyển thẻ bài đến trạm kế tiếp trong vòng logic.
Các trạm không sử dụng thẻ vẫn có mặt trên Bus nhưng chúng chỉ có thể tiếp nhận dữ liệu dành cho chúng (nếu chúng là đích của một gói tin nào đó).
Công việc duy trì vòng logic đòi hỏi phải thực hiện một số chức năng sau:
+ Bổ sung trạm vào vòng logic: các trạm ngoài vòng logic cần được xem xét định kỳ để bổ sung vào vòng logic nếu có nhu cầu.
+ Loại bỏ trạm khỏi vòng logic: khi một trạm không còn nhu cầu truyền dữ liệu thì loại ra khỏi vòng logic để tối ưu việc điều khiển truy nhập thẻ bài.
+ Quản lý lỗi: trùng địa chỉ (2 trạm đều nghĩ đến lượt mình) hoặc đứt vòng (không trạm nào nghĩ đến lượt mình).
A B C D
H G F E
§êngtruyÒnvËtlý
Vòngưlogic Hình 3.7: Sơ đồ vòng logic
+ Khởi tạo vòng logic: khi cài đặt mạng hoặc khi đứt vòng.
Khi đang giữ thẻ bài mà nhận được gói tin thì chứng tỏ nút khác đã có thẻ, lập tức nó phải chuyển sang trạng thái “nghe” bị động.
Khi nút đã hoàn thành công việc, nó gởi thẻ đến nút kế sau, nếu nút kế sau hoạt động thì nút gởi thẻ chuyển sang trạng thái bị động. Nếu ngược lại, nó sẽ gởi thẻ cho nút kế sau lần nữa. Nếu 2 lần không được thì coi như nút kế tiếp hỏng và gởi đi gói tin “Ai đứng sau” để hỏi tên của nút kế tiếp đứng sau nút hỏng đó.
Nếu không thành công thì nút bị coi là đã có sự cố. Nút ngừng hoạt động.
2.3.3. TOKEN RING
Gồm một số các bộ chuyển tiếp (Repeater). Dữ liệu được chuyển một cách tuần tự từng bit quanh vòng, từ bộ chuyển tiếp này đến bộ chuyển tiếp khác.
Bộ chuyển tiếp thực hiện 3 chức năng : chèn dữ liệu, nhận dữ liệu và hủy bỏ dữ liệu. Mỗi bộ chuyển tiếp thực hiện vai trò của 1 điểm ghép nối cho 1 trạm.
Dữ liệu được truyền theo các gói, trong đó có chứa địa chỉ đích. Khi gói tin đi qua bộ chuyển tiếp, vùng địa chỉ đó được kiểm tra, nếu đúng địa chỉ thì gói tin được trao lại.
Dựa vào việc lưu chuyển trong vòng, một thẻ bài trong đó có 1 bit biểu diễn trạng thái đường truyền (bận hay rỗi). Khi tất cả các trạm đều rỗi thì thẻ bài đặt ở trạng thái rỗi.
Một trạm muốn truyền dữ liệu thì đợi thẻ bài đi qua, thay bit trạng thái rỗi thành bận (Free or Busy) và ghép dữ liệu vào để truyền. Gói dữ liệu được truyền đến trạm đích, trạm đích sao lại dữ liệu, rồi dữ liệu đi tiếp về trạm truyền. Trạm truyền xóa bỏ dữ liệu và chuyển thẻ bài thành rỗi và lại gởi nó vào vòng để trạm khác có thể nhận được quyền truyền dữ liệu.
Có thể xảy ra mất thẻ bài hoặc thẻ bài bận không ngừng. Chuẩn IEEE 802 qui định 1 trạm được chọn làm trạm điều khiển, nó phát hiện mất thẻ bài bằng cơ chế ngưỡng thời gian (Time-out) và phục hồi bằng cách phát đi 1 thẻ bài rỗi mới. Để phát hiện thẻ bài bận không ngừng, trạm điều khiển cho “monitor bit”
giá trị 1 trên thẻ bài bận qua nó. Nếu gặp lại thẻ bài bận với giá trị bit đã được cho đó thì nó biến thẻ bài bận thành rỗi.
2.3.4. So sánh CSMA/CD với các phương pháp dùng thẻ bài
* Ưu điểm của dùng thẻ bài:
+ Hiệu quả trong trường hợp tải nặng.
+ Dễ điều hòa sự lưu thông trong mạng.
+ Không qui định độ dài tối thiểu của gói tin.
+ Không cần nghe trong khi nói.
* Nhược điểm của dùng thẻ bài:
+ Quản lý phức tạp hơn CSMA/CD.
+ Trong trường hợp tải nhẹ, hiệu quả kém hơn CSMA/CD.