Chương 2 Thiết bị mạng

Thiết bị mạng Ký hiệu đặc trưng cho thiết bị mạng (1) Ký hiệu đặc trưng cho thiết bị mạng (2) Card mạng (Network Card Interface) Nhiệm vụ của NIC. - Nhận gói dữ liệu từ máy tính rồi hoàn thiện khung thông tin. - Điều khiển truy nhập phương tiện vật lý. - Mã hóa (giải mã) tín hiệu để truyền (nhận) khung thông tin. - Đồng bộ bit. - Kiểm soát lỗi (CRC, Runt, Giant (Jabber), Range, Alignment, Ghost …). Phân loại NIC (1) Theo cách kết nối với máy tính. - On-board. - Cardbus slot (ISA, PCI, PCI Express…). - USB port. Theo phương tiện truyền dẫn. - Cáp đồng: Thinnet (BNC port), Thicknet (AUI port), TP (RJ45 port). - Cáp quang: ST hoặc SC interface. - Vô tuyến: Phân loại NIC (2) Theo giao thức. - Fast Ethernet 10Mbps, 100 Mbps, hoặc 10/100Mbps. - Ge 1000 hoặc 10/100/1000/10000 Mbps. - Token Ring (IEEE 802.5) 4/16/100 Mbps. - WLAN (WiFi) IEEE 802.11 a/b/g, MIMO. - Token Bus (IEEE 802.4) và FDDI. Repeater (1) Repeater có nhiệm vụ lặp lại tín hiệu từ cổng này đến các cổng khác mà nó kết nối. Repeater tái tạo tín hiệu theo các hướng sau: Tái tạo tín hiệu. - Chuyển tiếp bit giữa hai hoặc nhiều transceivers (lớp PHY). - Tái tạo tín hiệu baseband (LAN) hoặc broadband (WLAN, WAN). - Duy trì hoạt động ở cùng một tốc độ. Tái tạo khung tin. Repeater (2) Một số Repeater thường gặp Theo phương tiện truyền dẫn. Thicknet, Thinnet, Optic fiber, microwave … Theo độ trễ. - Class I repeater  độ trễ 140 bits (0.7μs). - Class II repeater  độ trễ 92 bits (0.46μs). Luật 5-4-3-2-1 (5 segments, 4 repeaters, 3 host segments of the network, 2 link sections (no hosts), 1 large collision domain). Luật One Class I, Two class II. Phân loại Repeater Theo phương tiện truyền dẫn. Thicknet, Thinnet, TP cable, Optic fiber, Microwave … Theo độ trễ. - Class I repeater  độ trễ 140 bits (0.7μs). - Class II repeater  độ trễ 92 bits (0.46μs). Luật 5-4-3 (5 segments, 4 repeaters, 3 populated segments) Luật One Class I, Two class II. Một số Repeater thường gặp HUB Hub thực chất là Repeater nhiều cổng. Sự khác biệt giữa Hub và Repeater thể hiện ở số lượng cổng mà thiết bị cung cấp. Hub còn được gọi là bộ tập trung dây dẫn, cung cấp một điểm kết nối tập trung cho các cáp của mạng. Hub bị động. Hub chủ động. Hub thông minh (có chức năng quản lý Hub và Hub chuyển mạch). . . Bridge Bridge là thiết bị hoạt động ở lớp con MAC của lớp Data Link trong mô hình OSI. Bridge có thể được sử dụng để mở rộng kích thước tối đa của một mạng và linh hoạt hơn nhiều so với Repeater. Bridge chia mạng thành các segments nhỏ , đơn  giảm lưu lượng truyền thông và khả năng đụng độ trong mỗi segment.  Bridge chia một miền xung đột thành nhiều vùng nhỏ hơn mà không làm ảnh hưởng đến broadcast. Phân đoạn mạng bằng Bridge Nguyên lý hoạt động của Bridge. Đối chiếu địa chỉ MAC đích trong frame với bảng tìm kiếm (lookup table) của Bridge. - Nếu MAC đích nằm trên cùng segment với MAC nguồn  chặn frame và gọi là lọc gói tin. - Nếu MAC đích nằm khác segment với MAC nguồn  chuyển frame sang các segments khác. - Nếu Bridge không biết MAC đích gửi frame ra toàn bộ các segments (trừ segment mà nó nhận được frame). Quá trình này gọi là flooding. Phân loại Bridge (1) Transparent Bridge (TB) - Nối các mạng Ethernet lại với nhau. - Khi mở điện, TB bắt đầu học vị trí của các máy tính trên mạng và xây dựng được một Local address table  Spanning Tree Algorithm – STA. Phân loại Bridge (2) Source Routing Bridge - SRB. Do IBM phát triển và theo chuẩn IEEE 802.5 như là giải pháp để nối các mạng Token với nhau. SRB qui định: Đường đi đầy đủ từ nguồn đến đích phải được đưa vào bên trong của khung dữ liệu được gởi đi bởi nguồn (Source). Các cầu nối SRB chỉ có nhiệm vụ lưu và chuyển các khung như đã được chỉ dẫn bởi đường đi được lưu trong trong khung. Phân loại Bridge (3) Mixed Media Bridge - MMB TB dùng để nối các mạng Ethernet lại với nhau. SRB dùng để nối các mạng Token Ring. Để nối hai mạng Ethernet và Token Ring, người ta dùng loại cầu nối thứ ba, đó là MMB. Cầu nối trộn lẫn đường truyền có hai loại: - Cầu nối dịch (Translational Bridge). - Cầu nối xác định đường đi từ nguồn trong suốt (Source-Route-Transparence) Spanning Tree Algorithm - STA Transparent Bridge hoạt động sai nếu xuất hiện vòng lặp. Để giải quyết Loop, Digital đưa ra Spanning Tree Algorithm – STA theo IEEE 802.1d. Yêu cầu của STA: - Mỗi cầu nối phải được gán một số hiệu nhận dạng duy nhất. - Mỗi cổng cũng có một số nhận dạng duy nhất và được gán một giá trị. Spanning Tree Algorithm – STA (2) Các bước của STA: - Chọn cầu nối gốc (Root Bridge). - Trên các cầu nối còn lại, chọn Root Port. - Trên mỗi LAN, chọn cầu nối được chỉ định (Designated Bridge). Cổng nối LAN và cầu nối được chỉ định được gọi là cổng được chỉ định (Designated Port). - Đặt tất cả các cổng gốc, cổng chỉ định ở trạng thái hoạt động, các cổng còn lại ở trạng thái khóa Switch Switch hoạt động ở lớp 2 của mô hình OSI và được mô tả như một Bridge đa ports. Switch phức tạp hơn Bridge, SW có đầy đủ các tính năng của TB và hỗ trợ thêm nhiều tính năng mới: - Hỗ trợ đa giao tiếp đồng thời. - Hỗ trợ giao tiếp song công. - Điều hòa tốc độ kênh truyền. Switching là một kỹ thuật làm giảm mức độ tắc nghẽn xảy ra trong các Ethernet LAN bằng cách giảm lưu lượng và tăng băng thông. Kiến trúc Switch và Switching. Switch được cấu tạo gồm hai thành phần cơ bản: - Bộ nhớ làm bộ đệm và Bảng địa chỉ (BAT- Buffer and Address Table). - Giàn hoán chuyển (Switching Fabric) để tạo nối kết chéo đồng thời giữa các cổng. Việc chuyển tiếp khung từ segment này segment khác của switch có thể được thực hiện theo một trong ba phương pháp: Store and forward, Cut-through, Adaptive Switching. Store and forward Khi khung đến một cổng của Switch, toàn bộ khung sẽ được lưu vào trong bộ nhớ đệm và được kiểm tra lỗi. Khung sẽ bị bỏ đi nếu như có lỗi. Nếu khung không lỗi, switch sẽ xác định địa chỉ MAC đích, dò tìm trong bảng địa chỉ để xác định port đích và chuyển tiếp khung ra cổng tương ứng.  Giải thuật này có thời gian trì hoãn lớn do phải kiểm tra khung. Tuy nhiên nó cho phép giao tiếp giữa hai kênh truyền khác tốc độ. Cut-through - Switch đọc 6 bytes đầu tiên theo sau phần mào đầu để xác định địa chỉ MAC đích. - Switch tìm MAC đích trong bảng switching của nó, xác định port đích và chuyển frame đi. - Switch không đợi cho đến khi frame vào bộ đệm hoàn toàn và cũng không kiểm tra lỗi nên:  Thời gian trì hoãn của phương pháp cut-through ngắn hơn phương pháp store-and-forward.  Độ tin cậy thấp hơn store-and-forward và có thể chuyển các frame lỗi, gây lãng phí tài nguyên. Adaptive Switching. Tận dụng tối đa ưu điểm của hai phương pháp store-and-forward và cut-through. Người ta định nghĩa một ngưỡng lỗi cho phép. Đầu tiên, Switch sẽ hoạt động theo phương pháp cut-through. - Nếu tỉ lệ khung lỗi lớn hơn ngưỡng cho phép, switch sẽ chuyển sang chế độ hoạt động theo phương pháp store-and-forward. Ngược lại khi tỷ lệ khung lỗi hạ xuống nhỏ hơn ngưỡng, Switch lại hoạt động theo phương pháp cut-through. Symetric và Asymetric switch Collision domain (1) Collision domain (2) Miền xung đột (Collision domain) là các đoạn mạng được kết nối vật lý với nhau, trên đó có thể xảy ra xung đột. Xung đột làm cho mạng hoạt động không hiệu quả. Các thiết bị thực hiện việc liên kết các đoạn mạng (lớp 1, 2, 3) sẽ định nghĩa các vùng xung đột như sau: - Lớp 1: không phân chia các vùng xung đột. Lớp 2 và 3: phân chia các vùng xung đột. Controlling Collision domain (1) - Các thiết bị lớp 1 chỉ mở rộng mà không điều khiển collision domains. - Các thiết bị lớp 2 phân đoạn hoặc chia các collision domains. Quá trình điều khiển truyền khung được thực hiện dựa trên địa chỉ MAC. Bằng cách sử dụng Bridges và Switches có thể phân đoạn các collision domains một cách hiệu quả. Tuy nhiên, thiết bị lớp 2 làm giảm tốc độ truyền thông và gây ra hiện tượng “bottleneck”. Controlling Collision domain (2) - Các thiết bị lớp 3, không mở rộng phạm vi của vùng xung đột (giống với thiết bị lớp 2). Vì vậy, thiết bị lớp 3 cũng được áp dụng để tách các vùng xung đột lớn thành các vùng xung đột nhỏ hơn. - Ngoài chức năng phân đoạn các vùng xung đột (collision domain), các thiết bị lớp 3 cũng còn thực hiện thêm một số chức năng quan trọng trong việc điều khiển các vùng quảng bá (Broadcast). Devices extend Collision domains Segmenting Collision using Bridge Segmenting Collision using Switch Broadcast domains Miền quảng bá (Broadcast domains) là một nhóm các miền xung đột (collision domain) được kết nối bằng các thiết bị lớp 2. Broadcasts có thể được điều khiển bởi các thiết bị lớp 3, trong khi các thiết bị lớp 1 và 2 không thực hiện được chức năng này. Broadcast domains được điều khiển tại lớp 3 vì các routers không forward broadcasts. Broadcast domains Collision domains Exercise 1 Exercise 2 Exercise 3 Exercise 4 Exercise 5 How many broadcast domain(s)? Exercise 6 How many broadcast domain(s)? Exercise 7 How many broadcast domain(s)?