5.3.1. Phân loại các thiết bị
Repeater và Hub là hai thiết bị làm việc ở tầng vật lý, nhiệm vụ của nó dùng để khuyếch đại tín hiệu vì vậy chúng làm tăng chiều dài của mạng. Tín hiệu được khuyếch đại tại chúng sẽ có một độ trễ thời gian nhất định, đó cũng là một trong những nguyên
nhân làm tăng các miền xung đột. Vì vậy, khi sử dụng Repeater hay Hub cần chú ý điều này.
5.3.2. Cơ chế hoạt động của Repeater và Hub a. Repeater
Hình 5.12. Vị trí của Repeater trong OSI
Việc sử dụng Repeater không thay đổi nội dung các tín hiện đi qua nên nó chỉ được dùng để nối hai mạng có cùng giao thức truyền thông (như hai mạng Ethernet hay hai mạng Token ring) và không thể nối hai mạng có giao thức truyền thông khác nhau. Thêm nữa Repeater không làm thay đổi khối lượng chuyển vận trên mạng nên việc sử dụng không tính toán nó trên mạng lớn sẽ hạn chế hiệu năng của mạng. Khi lựa chọn sử dụng Repeater cần chú ý lựa chọn loại có tốc độ chuyển vận phù hợp với tốc độ của mạng.
Hình 5.13. Cơ chế làm việc của Repeater
b, Hub
Hình 5.14. Hoạt động của Hub trong OSI
Hub là một trong những yếu tố quan trọng nhất của LAN, đây là điểm kết nối dây trung tâm của mạng, tất cả các trạm trên mạng LAN được kết nối thông qua Hub. Hub thường được dùng để nối mạng, thông qua những đầu cắm của nó người ta liên kết với các máy tính dưới dạng hình sao. Một hub thông thường có nhiều cổng nối với người sử
dụng để gắn máy tính và các thiết bị ngoại vi. Mỗi cổng hỗ trợ một bộ kết nối dùng cặp dây xoắn 10BASET từ mỗi trạm của mạng.
Khi tín hiệu được truyền từ một trạm tới hub, nó được lặp lại trên khắp các cổng khác của. Các hub thông minh có thể định dạng, kiểm tra, cho phép hoặc không cho phép bởi người điều hành mạng từ trung tâm quản lý hub.
Nếu phân loại theo phần cứng thì có 3 loại hub: – Hub đơn (stand alone hub)
– Hub modul (Modular hub) rất phổ biến cho các hệ thống mạng vì nó có thể dễ dàng mở rộng và luôn có chức nǎng quản lý, modular có từ 4 đến 14 khe cắm, có thể lắp thêm các modul Ethernet 10BASET.
– Hub phân tầng (Stackable hub): là lý tưởng cho những cơ quan muốn đầu tư tối thiểu ban đầu nhưng lại có kế hoạch phát triển LAN sau này.
– Nếu phân loại theo khả năng ta có 2 loại:
– Hub bị động (Passive Hub): Hub bị động không chứa các linh kiện điện tử và cũng không xử lý các tín hiệu dữ liệu, nó có chức năng duy nhất là tổ hợp các tín hiệu từ một số đoạn cáp mạng.
– Hub chủ động (Active Hub): Hub chủ động có các linh kiện điện tử có thể khuyếch đại và xử lý các tín hiệu điện tử truyền giữa các thiết bị của mạng.
Quá trình xử lý tín hiệu được gọi là tái sinh tín hiệu, nó làm cho tín hiệu trở nên tốt hơn, ít nhạy cảm với lỗi do vậy khoảng cách giữa các thiết bị có thể tăng lên. Tuy nhiên những ưu điểm đó cũng kéo theo giá thành của Hub chủ động cao hơn nhiều so với Hub bị động. Các mạng Token ring có xu hướng dùng Hub chủ động. Về cơ bản, trong mạng Ethernet, hub hoạt động như một repeater có nhiều cổng.
5.3.3. Cơ chế hoạt động của Bridge và Switch a. Cơ chế hoạt động của Bridge
Hình 5.15. Hoạt động của Bridge
– Khi bridge mới khởi động, bảng bridge còn trống và bridge sẽ chờ các traffic trên đoạn mạng.
– Khi máy A ping máy B, cả bridge và máy B đều nhận được gọi tin từ máy A do chúng nằm trên cùng một miền xung đột.
– Bridge đưa địa chỉ nguồn lưu trong frame vào bảng bridge và liên kết nó với cổng 1 (do frame này được nhận ở cổng số 1 của cầu nối).
– Địa chỉ đích của frame được kiểm tra trong bảng bridge. Lúc này trong bảng bridge không có địa chỉ của máy B nên frame này sẽ được chuyển tiếp qua đoạn mạng còn lại. Bridge vẫn chưa nhận diện được địa chỉ của máy B.
– Máy B xử lý gói tin nó nhận được và gửi lại phản hồi cho máy A. Cả bridge và máy A sẽ đề nhận được gói tin này (do chúng nằm trên cùng một miền xung đột).
– Cầu nối thêm địa chỉ nguồn của frame này vào bảng bridge và liên kết nó với cổng số 1 (do frame này được nhận từ cổng số 1).
– Bridge kiểm tra địa chỉ máy đích lưu trong frame. Địa chỉ này chính là địa chỉ của máy A và đã được lưu trong bảng bridge liên kết với cổng số . Lúc này frame sẽ không được chuyển tiếp sang đoạn mạng còn lại.
– Khi máy A ping máy C, cả bridge và máy B đều nhận được gói tin này. Máy B từ chối nhận frame.
– Bridge thêm địa chỉ nguồn lưu trong frame vào bảng bridge. Do địa chỉ này (địa chỉ máy A) đã có sẵn trong bảng bridge nên cầu nối chỉ làm lại địa chỉ này.
– Bridge kiểm tra địa chỉ máy đích lưu trong frame. Do địa chỉ máy C chưa có trong bảng bridge nên frame sẽ được chuyển tiếp sang đoạn mạng còn lại. Lúc này cầu nối vẫn chưa nhận dạng được địa chỉ máy C.
– Máy C xử lý frame và gửi lại gói tin phản hồi cho máy A. Frame được chuyển đi toàn bộ miền xung đột. Cả bridge và máy D đều nhận được gói tin này, nhưng máy D từ chối gói tin.
– Bridge thêm địa chỉ máy nguồn lưu trong frame (địa chỉ máy C) vào bảng bridge và liên kết với cổng số 2 (do frame này được nhận từ cổng số 2).
– Cầu nối kiểm tra địa chỉ máy nguồn lưu trong frame (chính là địa chỉ máy A). Do địa chỉ này đã tồn tại trong bảng bridge và liên kết với cổng số 1 nên cầu nối chuyển tiếp gói tin này vào đoạn mạng liên kết với cổng số 1.
b. Cơ chế hoạt động của Switch
- Switch được biết đến là một thiết bị chuyển mạch dựa vào việc học địa chỉ MAC.
- Switch có bảng địa chỉ nguồn trong RAM, là nơi mà nó lưu trữ địa chỉ MAC nguồn mà nó học được từ gói tin. Bảng địa chỉ nguồn sẽ bao gồm địa chỉ MAC nguồn và cổng mà nó nhận được gói tin có chứa địa chỉ MAC nguồn đó.
- Khi switch nhận được một gói tin, nó sẽ so sánh địa chỉ MAC đích của gói tin với các thông tin trong bảng địa chỉ nguồn.
- Nếu một địa chỉ trong trong bảng địa chỉ nguồn phù hợp với địa chỉ MAC đích của gói tin, switch sẽ gửi gói tin ra cổng tương ứng gắn với địa chỉ MAC nguồn trong bảng địa chỉ nguồn.
- Nếu trong bảng địa chỉ nguồn không có địa chỉ nào phù hợp với địa chỉ MAC đích của gói tin, gói tin sẽ được gửi qua tất cả các cổng trên switch.
Hình 5.16. Cơ chế làm việc của Switch
Khi chỉ có một máy kết nối với một cổng switch sẽ tạo ra một miền xung đột bao gồm hai thiết bị: máy tính và cổng switch, được gọi là microsegment. Đa số các switch và card mạng hiện nay hỗ trợ chế độ truyền song công hoàn toàn (full duplex). Đối với với mạng dùng cáp xoắn hoạt động ở chế độ này không có sự tranh chấp về môi trường truyền, do đó không còn tồn tại khái niệm miền xung đột. Về mặt lý băng thông ở mạng loại này tăng lên gấp đôi.
5.3.4 Một số kĩ thuật chuyển mạch của Switch a. Chuyển mạch Lớp 2 và Lớp 3
Chuyển mạch là tiến trình nhận frame vào từ một cổng và chuyển frame ra tới một cổng khác. Router sử dụng chuyển mạch Lớp 3 để chuyển các gói đã được định tuyến xong. Switch sử dụng chuyển mạch Lớp 2 để chuyển frame.
Sử khác nhau giữa chuyển mạch Lớp 2 và Lớp 3 là loại thông tin nằm trong frame được sử dụng để quyết định chọn cổng ra là khác nhau. Chuyển mạch Lớp 2 dựa trên thông tin là địa chỉ MAC. Còn chuyển mạch Lớp 3 là dựa trên địa chỉ lớp mạng (ví dụ như: địa chỉ IP).
Chuyển mạch Lớp 2 nhìn vào địa chỉ MAC đích trong phần header của frame và chuyển frame ra đúng cổng dựa theo thông tin địa chỉ MAC trên bảng chuyển mạch. Bảng chuyển mạch được lưu trong bộ nhớ địa chỉ CAM (Content Addressable Memory – nhớ nội dung địa chỉ). Nếu switch lớp 2 không biết gửi frame vào port nào, cụ thể thì đơn
giản là nó quảng bá frame ra tất cả các port của nó. Khi nhận được khi nhận được gói trả lời về, switch sẽ nhận địa chỉ mới vào CAM.
Chuyển mạch Lớp 3 là một chức năng của Lớp mạng. Chuyển mạch Lớp 3 kiểm tra thông tin nằm trong phần header của Lớp 3 và đựa vào địa chỉ IP đó để chuyển gói.
Dòng giao thông trong mạng chuyển mạch ngang hàng hoàn toàn khác với dòng giao thông trong mạng định tuyến hay mạng phân cấp. Trong mạng phân cấp dòng giao thông trong mạng được uyển chuyển hơn trong mạng ngang hàng.
b. Chuyển mạch đối xứng và bất đối xứng
Chuyển mạch LAN được phân loại thành loại thành đối xứng và bất đối xứng dựa trên bảng thông báo của mỗi cổng trên switch. Chuyển mạch đối xứng là chuyển mạch giữa các cổng có cùng một băng thông. Chuyển mạch bất đối xứng là chuyển mạch giữa các cổng có băng thông khác nhau (ví dụ: giữa các cổng 10/100Mb/s và cổng 100Mb/s).
Chuyển mạch bất đối xứng cho phép cho phép dành nhiều băng thông hơn cho cổng nối vào server để tránh nghẽn mạch trên đường này khi có nhiều client truy cập server cùng một lúc. Chuyển mạch bất đối xứng cần có bộ đệm để giữ frame được liên tục giữa hai tốc độ khác nhau của hai cổng.
Chuyển mạch giữa hai cổng có cùng băng thông (10/10Mbs hay 100/100 Mb/s). Thông lượng càng tăng khi số lượng thông ti liên lạc đồng thời tại một thời điểm
càng tăng.
Chuyển mạch giữa hai cổng không cùng băng thông (10/100 Mb/s) Đòi hỏi phải có bộ đệm.
Chương 6 TẦNG VẬT LÝ 6.1. Tổng quan về môi trường truyền dẫn
6.1.1. Khái niệm
Tầng vật lý (Physical layer) là tầng dưới cùng của mô hình OSI cung cấp các đặc trưng điện của các tín hiệu được dùng để khi chuyển dữ liệu trên cáp từ một máy này đến một máy khác của mạng, kỹ thuật nối mạch điện, tốc độ cáp truyền dẫn.
Khác với các tầng khác, tầng vật lý là không có gói tin riêng và do vậy không có phần đầu (header) chứa thông tin điều khiển, dữ liệu được truyền đi theo dòng bit.
Các giao thức được xây dựng cho tầng vật lý được phân chia thành hai loại giao thức: phương thức truyền thông dị bộ (asynchronous - có một tín hiệu quy định cho sự đồng bộ giữa các bit giữa máy gửi và máy nhận) và phương thức truyền thông đồng bộ (synchronous - cần có đồng bộ giữa máy gửi và máy nhận, nó chèn các ký tự đặc biệt như SYN).
6.1.2. Nhiệm vụ của tầng vật lý
– Tầng vật lý cung cấp các chuẩn về điện, dây cáp, đầu nối, kỹ thuật nối mạch điện, điện áp, tốc độ cáp truyền dẫn, giao diện nối kết và các mức nối kết.
– Tầng vật lý OSI nhận frame từ tầng liên kết dữ liệu và mã hóa nó thành một dãy tín hiệu để đưa lên đường truyền cục bộ.
– Tầng vật lý cũng có nhiệm vụ nhận các tín hiệu riêng rẽ từ đường truyền, khôi phục thành các bit, ghép nối thành frame hoàn chỉnh và chuyển cho tầng liên kết dữ liệu.
Việc chuyển phát frame của đường truyền cục bộ đòi hỏi các thành phần vật lý sau:
– Môi trường vật lý và các loại đầu nối tương ứng. – Mã hóa dữ liệu và thông tin điều khiển
– Cách biểu diễn các bit trên đường truyền – Hệ mạch thu phát trên các thiết bị mạng.
6.1.3. Phân loại đặc tính chung của các môi trường truyền
– Có ba loại môi trường truyền cơ bản:
o Cáp đồng: Là môi trường truyền dữ liệu mạng thông dụng nhất. Tín hiệu là
các xung điện. Các giá trị định thời và điện áp của tín hiệu có thể chịu ảnh hưởng của nhiễu từ các nguồn bên ngoài. Các tín hiệu không mong muốn này làm biến dạng và phá hoại tín hiệu dữ liệu đang được truyền trên cáp đồng. Các loại cáp có lớp bảo vệ hoặc dây xoắn được thiết kế để giảm thiểu sự suy hao tín hiệu do nhiễu điện từ.
o Cáp quang: Cáp sợi quang bao gồm một lớp vỏ ngoài bằng nhựa PVC và
một loạt các lớp chất bảo vệ bao quanh sợi quang học trong lõi và lớp đệm (cladding). để dẫn xung ánh sáng từ nguồn tới đích. Các bít được mã hóa thành các xung ánh sáng. Đây là loại môi trường truyền có khả năng truyền DL ở tốc độ rất cao
o Không dây: Tín hiệu là sóng vi ba. Không bị giới hạn bởi vật dẫn hay
đường đi như các môi trường truyền khác. Do thiết bị không dây không dùng cáp nối mà bao phủ cả vùng không gian nên An ninh mạng là một yếu tố đặc biệt quan trọng trong quản trị mạng không dây. Hiện nay tồn tại có 4 chuẩn truyền thông dành cho môi trường không dây
6.2. Các môi trường truyền có dây.
6.2.1. Đặc tính chung của môi trường truyền có dây
Đường cáp truyền mạng là cơ sở hạ tầng của một hệ thống mạng, nên nó rất quan trọng và ảnh hưởng rất nhiều đến khả năng hoạt động của mạng. Hiện nay người ta thường dùng 3 loại dây cáp là cáp xoắn cặp, cáp đồng trục và cáp quang.
Các đặc tính của môi trường truyền bằng cáp:
- Độ dài Cable: là độ dài từ thiết bị tới các thiết bị trung gian (ví dụ: từ giắc cắm tường tới thiết bị, từ switch tới thiết bị …) Cáp càng dài độ suy hao càng lớn
- Chi phí: Tùy vào loại cáp được sử dụng mà chi phí cho môi trường truyền cáp là khác nhau.
- Băng thông: Phụ thuộc vào yêu cầu của mạng để chọn cable có bang thông phù hợp, hiện tại cáp quang là loại môi trường truyền bằng cáp có bang thông lớn nhất
- Độ suy giảm (attenuation) : độ đo sự yếu đi của tín hiệu khi di chuyển trên một phương tiện truyền dẫn. Các nhà thiết kế cáp phải chỉ định các giới hạn về chiều dài dây cáp vì khi cáp dài sẽ dẫn đến tình trạng tín hiệu yếu đi mà không thể phục hồi được.
- Nhiểu điện từ (Electromagnetic interference - EMI) : bao gồm các nhiễu điện từ bên ngoài làm biến dạng tín hiệu trong một phương tiện truyền dẫn.
- Nhiểu xuyên âm (crosstalk) : hai dây dẫn đặt kề nhau làm nhiểu lẫn nhau.
6.2.2. Phân loại các môi trường truyền dẫn bằng cáp a. Cáp đồng
Cáp đồng là loại cáp thông dụng nhất dùng để kết nối các thiết bị đầu cuối tron mạng. Các chuẩn của cáp đồng được định nghĩa bao gồm: Loại cáp, Băng thông, Loại đầu nối, Sơ đồ chân, Mã màu sắc và Khoảng cách tối đa
Trên cáp đồng, dữ liệu được truyền như các xung điện. Các giá trị định thời và điện áp của tín hiệu có thể chịu ảnh hưởng của nhiễu từ các nguồn bên ngoài. Các tín hiệu không mong muốn này làm biến dạng và phá hoại tín hiệu dữ liệu đang được truyền trên cáp đồng.
– Sóng radio
– Các thiết bị điện từ (đèn huỳnh quang, động cơ điện) là các nguồn nhiễu phổ biến
Các loại cáp có lớp bảo vệ hoặc dây xoắn được thiết kế để giảm thiểu sự suy hao tín hiệu do nhiễu điện từ. Có thể tăng khả năng chịu nhiễu của cáp đồng bằng cách:
– Chọn loại cáp phù hợp nhất để bảo vệ tín hiệu trong môi trường mạng. – Thiết kế cấu trúc sao cho cáp có thể tránh các nguồn nhiễu thông thường. – Sử dụng các kỹ thuật đấu cáp hợp lý.
Chú ý:
- Khi sử dụng cáp đồng cần chú ý việc ảnh hưởng của nhiễu điện - Các loại cáp đồng có vỏ bọc nhựa dễ cháy
b. Cáp quang
- Cáp quang là loại cáp được chế tạo là các sợi thủy tinh hoặc sợi nhựa có tác dụng dẫn truyền tín hiệu ánh sáng từ thiết bị truyền đến thiết bị nhận.
- Dữ liệu trong cáp quang là nhưng bit được mã hóa dưới dạng sung ánh sáng