Các thành phần mạng LAN
Trong các mạng LAN đầu tiên, các thiết bị có kết nối Ethernet hầu như chỉ giới hạn ở PC, máy chủ tệp, máy chủ in và các thiết bị kế thừa như trung tâm và cầu nối. Các trung tâm và cầu nối đã được thay thế bằng công tắc và không còn được sử dụng nữa.
Ngày nay, một văn phòng nhỏ điển hình sẽ bao gồm bộ định tuyến, thiết bị chuyển mạch, điểm truy cập, máy chủ, điện thoại IP, điện thoại di động, PC và máy tính xách tay.
Bất kể kích thước của nó, một mạng LAN yêu cầu các thành phần cơ bản sau cho hoạt động của nó:
· Máy chủ: Máy chủ bao gồm bất kỳ thiết bị nào có thể gửi hoặc nhận dữ liệu trên mạng LAN. Đôi khi máy chủ còn được gọi là điểm cuối. Hai thuật ngữ đó được sử dụng thay thế cho nhau trong suốt khóa học.
· Kết nối: Kết nối cho phép dữ liệu di chuyển từ điểm này đến điểm khác trong mạng. Kết nối bao gồm các thành phần sau:
NIC: Các NIC dịch dữ liệu do thiết bị tạo ra thành định dạng khung có thể được truyền qua mạng LAN. NIC kết nối thiết bị với mạng LAN qua cáp đồng, cáp quang hoặc giao tiếp không dây
Phương tiện mạng: Trong mạng LAN truyền thống, dữ liệu được truyền chủ yếu qua cáp đồng và cáp quang. Các mạng LAN hiện đại (ngay cả các mạng LAN gia đình nhỏ) thường bao gồm một mạng LAN không dây/wireless Lan (WLAN).
AP: Các AP cung cấp kết nối không dây với các thiết bị LAN. Các AP hoạt động ở Lớp 2 của mô hình OSI
· Giao thức: Giao thức là các quy tắc chi phối cách dữ liệu được truyền giữa các thành phần của mạng. Dưới đây là một số giao thức LAN thường được sử dụng:
1. Giao thức Ethernet (IEEE 802.2 và IEEE 802.3)
2. IP
3. TCP
4. UDP
5. Giao thức phân giải địa chỉ/Address Resolution Protocol (ARP) cho IPv4 và Giao thức khám phá lân cận/ Neighbor Discovery Protocol (NDP) cho IP version 6 (IPv6)
6. Hệ thống tệp Internet chung/ Common Internet File System (CIFS)
7. Giao thức cấu hình máy chủ động/ Giao thức cấu hình máy chủ động (DHCP) (DHCP)
Các chức năng của mạng LAN
Mạng LAN cung cấp cho người dùng mạng các chức năng giao tiếp và chia sẻ tài nguyên:
· Dữ liệu và ứng dụng: Khi người dùng được kết nối qua mạng, họ có thể chia sẻ tệp và thậm chí cả các ứng dụng phần mềm. Khả năng này giúp dữ liệu có sẵn dễ dàng hơn và thúc đẩy cộng tác hiệu quả hơn trong các dự án công việc.
· Tài nguyên: Các tài nguyên có thể được chia sẻ bao gồm thiết bị đầu vào, chẳng hạn như máy ảnh và thiết bị đầu ra, chẳng hạn như máy in.
· Đường dẫn truyền thông đến các mạng khác: Nếu không có sẵn tài nguyên cục bộ, mạng LAN có thể cung cấp kết nối thông qua cổng vào các tài nguyên từ xa, chẳng hạn như internet.
Đặc điểm và tính năng của thiết bị chuyển mạch
Bộ chuyển mạch đã trở thành một phần cơ bản của hầu hết các mạng. Các thiết bị chuyển mạch mạng LAN có những đặc điểm đặc biệt làm cho chúng hiệu quả trong việc giảm thiểu tắc nghẽn mạng bằng cách tăng băng thông mạng hiệu quả.
Bộ chuyển mạch cung cấp các chức năng quan trọng sau để loại bỏ tắc nghẽn mạng:
· Giao tiếp chuyên dụng giữa các thiết bị: Điều này làm tăng thông lượng khung hình. Các thiết bị chuyển mạch với một thiết bị người dùng trên mỗi cổng đã phân đoạn mạng vi mô. Trong kiểu cấu hình này, mỗi người dùng nhận được quyền truy cập vào băng thông đầy đủ và không phải tranh giành băng thông khả dụng với những người dùng khác. Kết quả là không xảy ra va chạm.
· Nhiều cuộc hội thoại đồng thời: Nhiều cuộc hội thoại đồng thời có thể xảy ra bằng cách chuyển tiếp hoặc chuyển đổi một số gói tin cùng một lúc, tăng dung lượng mạng bằng số lượng cuộc hội thoại được hỗ trợ. Ví dụ: khi các khung đang được chuyển tiếp giữa các cổng 1 và 2, một cuộc hội thoại khác có thể xảy ra giữa các cổng 5 và 6. Việc nhân này có thể thực hiện được do bộ đệm đầu vào / đầu ra (I / O) và tốc độ truyền tải nội bộ nhanh giữa các cổng. Một bộ chuyển mạch có thể hỗ trợ tất cả các kết hợp có thể có của việc truyền khung hình giữa tất cả các cổng đồng thời được cho là cung cấp tốc độ dây và hiệu suất không chặn. Do hiệu suất cao nên loại công tắc này tương đối đắt.
· Giao tiếp song công: Sau khi kết nối được phân đoạn vi mô, nó chỉ có hai thiết bị (bộ chuyển mạch và máy chủ). Bây giờ có thể cấu hình các cổng để chúng có thể nhận và gửi dữ liệu cùng một lúc, được gọi là giao tiếp song công. Ví dụ: kết nối điểm-điểm 100-Mbps có 100 Mbps dung lượng truyền và 100 Mbps dung lượng nhận, để có dung lượng 200 Mbps hiệu quả trên một kết nối. Cấu hình giữa bán song công và song công được tự động thỏa thuận khi thiết lập kết nối liên kết ban đầu. Bán song công có nghĩa là truyền dữ liệu chỉ theo một hướng tại một thời điểm.
· Thích ứng với tốc độ truyền thông: Bộ chuyển mạch LAN có các cổng với tốc độ đa phương tiện khác nhau có thể thích ứng với giữa các tốc độ, ví dụ từ 10, 100 đến 1000 Mbps, 1 và 10 Gbps, 1, 10 và 25 Gbps, 40 Gbps và 100 Gbps. Khả năng thích ứng này cho phép phù hợp băng thông khi cần thiết. Nếu không có khả năng này, không thể có các cổng tốc độ phương tiện khác nhau đang hoạt động cùng một lúc.
Ngày nay, các thiết bị chuyển mạch hoạt động ở lớp liên kết chia mạng thành các phân đoạn và giảm số lượng thiết bị chia sẻ tổng băng thông. Mỗi phân đoạn dẫn đến một miền không có xung đột mới.
Tuy nhiên, thiết bị chuyển mạch có chức năng bổ sung và cũng có thể là giải pháp cho các nguyên nhân điển hình của tắc nghẽn mạng.
Các nguyên nhân phổ biến nhất gây ra tắc nghẽn mạng như sau:
· Công nghệ máy tính và mạng ngày càng mạnh mẽ: CPU, bus và thiết bị ngoại vi luôn trở nên nhanh hơn và mạnh hơn. Do đó, họ có thể gửi nhiều dữ liệu hơn với tốc độ cao hơn thông qua mạng.
· Tăng khối lượng lưu lượng mạng: Lưu lượng mạng hiện nay phổ biến hơn, vì các tài nguyên từ xa được sử dụng và thậm chí cần thiết để thực hiện các công việc cơ bản.
· Ứng dụng băng thông cao: Các ứng dụng phần mềm ngày càng trở nên phong phú hơn về chức năng của chúng và đòi hỏi nhiều băng thông hơn để xử lý. Các ứng dụng như xuất bản trên máy tính để bàn, thiết kế kỹ thuật, VoD, e-learning và video trực tuyến đều yêu cầu tốc độ và sức mạnh xử lý đáng kể. Chức năng phong phú hơn này đặt ra gánh nặng lớn cho các mạng trong việc quản lý việc truyền tải các tệp của họ và yêu cầu chia sẻ các ứng dụng giữa những người dùng.
Công tắc có các chức năng sau:
· Hoạt động ở lớp liên kết của bộ giao thức TCP / IP
· Chuyển tiếp có chọn lọc từng khung hình riêng lẻ
· Có nhiều cổng phân chia một mạng Lan lớn thành nhiều phân đoạn nhỏ
· Có tốc độ cao và hỗ trợ nhiều tốc độ cổng khác nhau
Mục đích chính của công tắc là chuyển tiếp các khung hình nhanh nhất và hiệu quả nhất có thể. Khi một bộ chuyển mạch nhận được một khung trên giao diện đầu vào, nó sẽ đệm khung đó cho đến khi bộ chuyển mạch thực hiện xử lý cần thiết và sẵn sàng truyền khung ra một giao diện thoát. Nếu các thiết bị chuyển mạch không có bộ đệm khung, thì các khung sẽ bị loại bỏ khi xảy ra tắc nghẽn hoặc liên kết trở nên bão hòa.
Ethernet chuyển tiếp có chọn lọc các khung riêng lẻ từ cổng nguồn đến cổng đích.
Bộ chuyển mạch (Switch) kết nối các phân đoạn mạng LAN, xác định phân đoạn để gửi dữ liệu và giảm lưu lượng mạng. Một số đặc điểm quan trọng của công tắc sau:
• Mật độ cổng cao: Các switch có mật độ cổng cao: Switch 24, 32 và 48 cổng hoạt động ở tốc độ 100 Mbps, 1 Gbps, 10 Gbps 25 Gbps, 40 Gbps và 100 Gbps. Các Switch doanh nghiệp lớn có thể hỗ trợ hàng trăm cổng.
• Bộ đệm frame lớn: Khả năng lưu trữ nhiều frame đã nhận hơn trước khi phải bắt đầu bỏ chúng rất hữu ích, đặc biệt khi có thể có các cổng bị tắc nghẽn kết nối với máy chủ hoặc các phần được sử dụng nhiều khác của mạng.
• Tốc độ cổng: Tùy thuộc vào switch, có thể hỗ trợ một loạt các băng thông. Dự kiến sẽ có các cổng 100 Mbps, 1Gbps và 10 Gbps, nhưng các cổng 40 hoặc 100 Gbps cho phép linh hoạt hơn nữa.
• Chuyển mạch nội bộ nhanh: Việc chuyển đổi nội bộ nhanh chóng bằng cách sử dụng phần cứng chuyên dụng cho phép băng thông cao hơn: 100 Mbps, 1 Gbps, 10 Gbps, 25 Gbps, 40 Gbps và 100 Gbps.
• Chi phí mỗi cổng thấp: Các thiết bị chuyển mạch cung cấp mật độ cổng cao với chi phí thấp hơn. Vì lý do này, bộ chuyển mạch LAN có thể phù hợp với các thiết kế mạng có ít người dùng hơn trên mỗi phân đoạn. Do đó, tính năng này làm tăng băng thông khả dụng trung bình cho mỗi người dùng.
Bộ chuyển mạch sử dụng các mạch tích hợp dành riêng cho ứng dụng (ASIC), là mạch cơ bản cho cách hoạt động của bộ chuyển mạch Ethernet. ASIC là một vi mạch silicon được thiết kế cho một nhiệm vụ cụ thể (chẳng hạn như chuyển mạch hoặc định tuyến gói tin), thay vì được sử dụng cho mục đích xử lý chung như CPU. Một CPU chung quá chậm để chuyển tiếp lưu lượng truy cập trong một bộ chuyển mạch. Mặc dù CPU đa năng có thể chạy nhanh một ứng dụng ngẫu nhiên trên máy tính xách tay hoặc máy chủ, nhưng việc thao tác và chuyển tiếp lưu lượng mạng lại là một vấn đề khác. Xử lý lưu lượng yêu cầu liên tục tra cứu các bảng bộ nhớ lớn.
Cấu trúc frame Ethernet
Trong thuật ngữ Ethernet, vùng chứa dữ liệu được đặt để truyền được gọi là frame. Frame chứa thông tin tiêu đề, thông tin đoạn giới thiệu và dữ liệu thực tế đang được truyền. Các bit được truyền qua mạng LAN Ethernet được tổ chức thành các frame.
Có một số loại frame Ethernet, trong khi frame Ethernet II là loại phổ biến nhất và được thể hiện trong hình. Loại frame này thường được sử dụng để gửi các gói IP.
Bảng trên cho thấy các trường của khung Ethernet II, đó là:
• Preamble: Trường này bao gồm 8 byte xen kẽ 1 và 0 được sử dụng để đồng bộ hóa các tín hiệu của các máy tính giao tiếp.
• Destination Address (DA): Trường DA chứa địa chỉ MAC của thẻ giao diện mạng (NIC) trên mạng cục bộ mà khung đang được gửi đến.
• Source Address (SA): Trường SA chứa địa chỉ MAC của NIC của máy tính gửi.
• Type: Trường này chứa mã xác định giao thức lớp mạng.
• Payload: Trường này chứa dữ liệu lớp mạng. Nếu dữ liệu ngắn hơn độ dài tối thiểu 46 byte, một chuỗi các bit không liên quan được sử dụng để đệm trường. Trường này còn được gọi là "dữ liệu và phần đệm".
• FCS: Trường FCS bao gồm một cơ chế kiểm tra để đảm bảo rằng khung dữ liệu đã được truyền mà không bị hỏng. Cơ chế kiểm tra đang được sử dụng là kiểm tra dự phòng theo chu kỳ (CRC).
Nguyễn Đăng Tấn Duy
