Trong những ngày đầu của Ethernet, mạng cục bộ (LAN) được xây dựng trên các thiết bị rất đơn giản như hub và bridge. Tuy nhiên, chính cách hoạt động của chúng đã đặt ra những vấn đề lớn về hiệu suất – cụ thể là collision domain – khiến mạng dễ tắc nghẽn. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ vì sao điều đó xảy ra và làm sao chúng ta thoát khỏi giới hạn đó.
Collision domain (miền va chạm) là một khu vực logic trong mạng nơi nhiều thiết bị có thể truyền dữ liệu, nhưng chỉ được truyền từng cái một. Nếu hai thiết bị truyền cùng lúc, va chạm xảy ra, và khung dữ liệu bị hỏng. Điều này dẫn đến phải truyền lại, làm giảm hiệu suất mạng.
Ví dụ đơn giản nhất là Ethernet dạng bus – nơi tất cả thiết bị đều "nói chung một đường dây".
Trong mô hình Ethernet truyền thống, các máy tính kết nối lên một dây cáp duy nhất (Ethernet bus). Sau đó, người ta thay thế dây bus bằng LAN hub – một thiết bị trung tâm có nhiều cổng.
Khi một thiết bị gửi dữ liệu đến hub:
Hub không phân biệt ai gửi cho ai, nó phát toàn bộ dữ liệu ra tất cả các cổng.
Tín hiệu được tái tạo rồi gửi đến tất cả thiết bị khác – đúng như chức năng của một repeater thông minh.
Tất cả các thiết bị đều nằm trong một collision domain duy nhất – vì thế va chạm thường xuyên xảy ra.
Trong kiến trúc này, toàn bộ mạng hoạt động ở half-duplex – nghĩa là không thể gửi và nhận đồng thời.
Để quản lý va chạm, Ethernet sử dụng CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection):
Trước khi truyền, thiết bị sẽ nghe kênh (carrier sense) xem có ai đang gửi không.
Nếu thấy kênh rảnh, nó bắt đầu truyền.
Nếu hai thiết bị bắt đầu cùng lúc → va chạm xảy ra → tất cả dừng lại và đợi một thời gian ngẫu nhiên (backoff) trước khi thử lại.
Nhưng nếu bạn có nhiều máy tính cùng kết nối hub, tỷ lệ va chạm tăng vọt.
Khi mạng lớn hơn và phức tạp hơn, người ta đưa vào bridge – thiết bị có thể chia mạng thành nhiều collision domain nhỏ hơn.
Bridge hoạt động theo nguyên lý:
Lắng nghe gói tin, ghi nhớ địa chỉ MAC, sau đó chỉ chuyển tiếp gói tin đến segment đúng đích.
Nếu A gửi cho B (cùng segment), bridge không làm gì.
Nếu A gửi cho C (khác segment), bridge mới chuyển tiếp gói tin.
Kết quả:
Giảm lượng va chạm tổng thể.
Mỗi segment trở thành một collision domain độc lập.
Tăng hiệu suất mạng tổng thể.
Hub: hoạt động layer 1 (Physical), phát tín hiệu đến tất cả thiết bị, collision domain duy nhất.
Bridge: hoạt động layer 2 (Data Link), chỉ chuyển gói tin đúng đích, chia nhỏ collision domain.
Hiểu về collision domain là nền tảng quan trọng khi thiết kế mạng Ethernet. Các thiết bị như hub – từng phổ biến – đã lỗi thời vì không thể chia nhỏ collision domain. Giải pháp đầu tiên chính là bridge, mở đường cho switch hiện đại – thứ mà chúng ta sẽ khám phá sâu hơn trong bài tiếp theo.
Tạo một mô hình đơn giản trên Packet Tracer hoặc GNS3 gồm 1 hub và 3 máy tính, thử ping đồng thời giữa chúng để thấy va chạm.
Sau đó thay hub bằng bridge hoặc switch để cảm nhận sự khác biệt.
