Các khái niệm cơ bản
1.1.1 Cấu trúc topo của mạng
Cấu trúc topo của mạng LAN là hình thức bố trí các đường cáp và máy tính để tạo thành một mạng hoàn chỉnh Hiện nay, hầu hết các mạng LAN đều được thiết kế dựa trên các cấu trúc mạng đã được xác định trước, với các hình thức phổ biến như hình sao, hình tuyến, hình vòng và các cấu trúc kết hợp giữa chúng.
1) Mạng hình sao (Star topology)
Mạng dạng hình sao bao gồm một bộ kết nối trung tâm và các node, trong đó các node là các trạm đầu cuối, máy tính và thiết bị khác Bộ kết nối trung tâm đóng vai trò quan trọng trong việc điều phối mọi hoạt động của mạng.
Mạng hình sao kết nối các máy tính với bộ tập trung (Hub) hoặc bộ chuyển mạch (Switch) thông qua cáp, cho phép kết nối trực tiếp mà không cần sử dụng trục Bus, từ đó giảm thiểu các yếu tố gây gián đoạn mạng.
Hình 1.1 Cấu trúc mạng hình sao
Mô hình kết nối hình sao hiện nay rất phổ biến nhờ vào việc sử dụng các bộ tập trung hoặc chuyển mạch Cấu trúc hình sao có khả năng mở rộng thông qua việc tổ chức nhiều mức phân cấp, giúp dễ dàng trong việc quản lý và vận hành hệ thống.
- Hoạt động theo nguyên lý nối song song nên nếu có một thiết bị nào đó ở một nút thông tin bị hỏng thì mạng vẫn hoạt động bình thường
- Cấu trúc mạng đơn giản và các thuật toán điều khiển ổn định
- Mạng có thể dễ dàng mở rộng hoặc thu hẹp
- Khả nǎng mở rộng mạng hoàn toàn phụ thuộc vào khả nǎng của trung tâm
- Khi trung tâm có sự cố thì toàn mạng ngừng hoạt động
- Mạng yêu cầu nối độc lập riêng rẽ từng thiết bị ở các nút thông tin đến trung tâm
- Khoảng cách từ máy đến trung tâm rất hạn chế (100 m)
2) Mạng hình tuyến (Bus topology)
Trong cách bố trí hành lang, tất cả các máy tính và thiết bị khác được kết nối với nhau qua một đường dây cáp chính, giúp chuyển tải tín hiệu hiệu quả Tất cả các nút đều chia sẻ đường dây cáp chính này để đảm bảo sự liên kết và truyền thông giữa chúng.
Cáp được trang bị thiết bị gọi là Terminator ở hai đầu, giúp ngăn chặn tín hiệu và dữ liệu bị phản xạ Mỗi tín hiệu và dữ liệu khi truyền qua cáp đều chứa địa chỉ của điểm đến, đảm bảo quá trình truyền tải chính xác và hiệu quả.
Hình 1.2 Cấu trúc mạng hình tuyến Ưu điểm: Loại hình mạng này dùng dây cáp ít nhất, dễ lắp đặt, giá thành rẻ Nhược điểm:
- Ùn tắc mạng khi di chuyển dữ liệu với lưu lượng lớn
Khi xảy ra hỏng hóc ở một phần của hệ thống, việc phát hiện và sửa chữa gặp nhiều khó khăn, đồng thời sẽ phải ngừng toàn bộ hoạt động của hệ thống Chính vì lý do này, cấu trúc này ngày nay đã ít được áp dụng.
3) Mạng hình vòng (Ring topology)
Mạng xoay vòng được thiết kế với cáp tạo thành một vòng khép kín, cho phép tín hiệu di chuyển theo một chiều duy nhất Trong cấu trúc này, chỉ một nút có thể truyền tín hiệu tại mỗi thời điểm, và dữ liệu được gửi đi cần phải bao gồm địa chỉ cụ thể của từng trạm tiếp nhận.
Hình 1.3 Cấu trúc mạng hình vòng Ưu điểm:
- Mạng dạng vòng có thuận lợi là có thể nới rộng ra xa, tổng đường dây cần thiết ít hơn so với hai kiểu trên
- Mỗi trạm có thể đạt được tốc độ tối đa khi truy nhập
Nhược điểm: Đường dây phải khép kín, nếu bị ngắt ở một nơi nào đó thì toàn bộ hệ thống cũng bị ngừng
Cấu hình mạng kết hợp hình sao và tuyến (Star/Bus topology) sử dụng bộ phận tách tín hiệu (Splitter) làm thiết bị trung tâm, cho phép kết nối nhiều nhóm làm việc ở khoảng cách xa nhau ARCNET là một ví dụ điển hình cho loại mạng này Với cấu hình Star/Bus, việc bố trí đường dây trở nên linh hoạt và dễ dàng tương thích với bất kỳ tòa nhà nào.
Kết hợp hình sao và vòng (Star/Ring topology) là một cấu hình mạng trong đó một "thẻ bài" liên lạc (Token) được truyền vòng quanh một HUB trung tâm Trong cấu hình này, mỗi trạm làm việc (Workstation) được kết nối với HUB, đóng vai trò là cầu nối giữa các trạm và giúp tăng khoảng cách kết nối.
1.1.2 Các phương thức truy nhập đường truyền
Khi cài đặt trong mạng, các máy trạm cần tuân thủ các quy tắc truy cập để sử dụng đường truyền Phương thức truy cập được định nghĩa là các thủ tục điều hướng cho phép các trạm làm việc xác định cách thức và thời điểm thâm nhập vào đường dây cáp nhằm gửi và nhận các gói thông tin.
Có 3 phương thức cơ bản:
1) CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
Giao thức này được sử dụng phổ biến trong mạng có cấu trúc hình tuyến, nơi mà các máy trạm chia sẻ một kênh truyền chung Tất cả các trạm đều có cơ hội tiếp cận đường truyền một cách công bằng (Multiple access).
Tại một thời điểm, chỉ có một trạm có thể truyền dữ liệu Trước khi bắt đầu quá trình truyền, mỗi trạm cần lắng nghe đường truyền để đảm bảo rằng nó đang rỗi, điều này được gọi là "Carrier sense".
Khi hai trạm truyền dữ liệu đồng thời, xung đột dữ liệu sẽ xảy ra Các trạm phải phát hiện xung đột và thông báo cho các trạm khác Sau đó, các trạm cần ngừng truyền và chờ đợi một khoảng thời gian ngẫu nhiên trước khi tiếp tục truyền dữ liệu.
Khi lưu lượng gói dữ liệu trên mạng tăng cao, xung đột có thể xảy ra, làm giảm tốc độ truyền tin của hệ thống Giao thức này được giải thích chi tiết trong phần công nghệ Ethernet.
2) Giao thức truyền thẻ bài (Token passing)
Công nghệ Ethernet
Ngày nay, Ethernet đã trở thành công nghệ mạng cục bộ phổ biến và tiện dụng Sau hơn 30 năm phát triển, Ethernet không ngừng cải tiến để đáp ứng các nhu cầu mới trong lĩnh vực mạng.
Ngày 22 tháng 5 năm 1973, Robert Metcalfe thuộc Trung tâm Nghiên cứu Palto Alto của hãng Xerox – PARC, bang California, đã đưa ra ý tưởng hệ thống kết nối mạng máy tính cho phép các máy tính có thể truyền dữ liệu với nhau và với máy in Lazer Lúc này, các hệ thống tính toán lớn đều được thiết kế dựa trên các máy tính trung tâm đắt tiền (Mainframe) Điểm khác biệt lớn mà Ethernet mang lại là các máy tính có thể trao đổi thông tin trực tiếp với nhau mà không cần qua máy tính trung tâm Mô hình mới này làm thay đổi thế giới công nghệ truyền thông
Chuẩn Ethernet 10Mbps, được phát hành lần đầu vào năm 1980, là sản phẩm hợp tác phát triển giữa ba công ty lớn: DEC, Intel và Xerox, và được gọi là DIX Ethernet.
3 chữ cái đầu của tên các hãng)
Uỷ ban 802.3 của IEEE đã lấy DIX Ethernet làm nền tảng để phát triển Năm
In 1985, the first 802.3 standard, known as IEEE 802.3 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD), was introduced Although it did not bear the name Ethernet, it is widely recognized as the foundation of Ethernet technology Today, the IEEE 802.3 standard is the official standard for Ethernet.
IEEE đã phát triển chuẩn Ethernet trên nhiều công nghệ truyền dẫn khác nhau vì thế có nhiều loại mạng Ethernet
1.2.2 Các đặc tính chung của Ethernet
1) Cấu trúc khung tin Ethernet
Các chuẩn Ethernet hoạt động tại tầng Data Link trong mô hình 7 lớp OSI, với đơn vị dữ liệu được trao đổi giữa các trạm là các khung (Frame) Cấu trúc của khung Ethernet bao gồm nhiều thành phần quan trọng.
Hình 1.19 Cấu trúc khung tin Ethernet Trong đó:
- Preamble: Đánh dấu sự xuất hiện của khung bit, nó luôn mang giá trị
10101010 Từ nhóm bit này, phía nhận có thể tạo ra xung đồng hồ 10 Mhz
- SFD (Start frame delimiter): Trường này mới thực sự xác định sự bắt đầu của
1 khung Nó luôn mang giá trị 10101011
Các trường DA và SA trong khung dữ liệu chứa địa chỉ vật lý của các trạm nhận và gửi, giúp xác định nguồn gốc và đích đến của khung được gửi.
- Length: Giá trị của trường cho biết độ lớn của phần dữ liệu khung mang theo
FCS (Frame Check Sequence) và CRC (Cyclic Redundancy Checksum) là hai thành phần quan trọng trong việc đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu trong truyền thông Trước khi gửi khung, phía gửi sẽ tính toán giá trị CRC, và phía nhận sẽ thực hiện tính toán tương tự Nếu giá trị CRC của hai bên khớp nhau, khung được xác nhận là nhận đúng; nếu không, khung sẽ bị coi là lỗi và bị loại bỏ.
2) Cấu trúc địa chỉ Ethernet
Mỗi giao tiếp mạng Ethernet được xác định bởi một địa chỉ MAC duy nhất gồm 48 bit (6 octet), được gán khi sản xuất thiết bị Địa chỉ MAC, viết tắt của Media Access Control Address, được biểu diễn bằng các chữ số Hexa (hệ cơ số 16).
Địa chỉ MAC bao gồm hai phần: ba octet đầu tiên xác định nhà sản xuất, được quản lý bởi tổ chức IEEE, và ba octet còn lại do nhà sản xuất quy định Sự kết hợp này tạo ra một địa chỉ MAC duy nhất cho mỗi kết nối mạng Ethernet, đóng vai trò là địa chỉ nguồn và đích trong khung Ethernet.
- Khung Unicast: Xét mô hình mạng như sau:
Khung Unicast là một loại khung Ethernet được sử dụng để truyền dữ liệu từ một trạm cụ thể đến một trạm khác Ví dụ, khi trạm 1 gửi khung tới trạm 2, khung sẽ có địa chỉ MAC nguồn là 00-60-08-93-DB-C1 và địa chỉ MAC đích là 00-60-08-93-AB-12 Điều này cho thấy khung Unicast được thiết kế để truyền tải thông tin đến một địa chỉ xác định.
Tất cả các trạm trong phân đoạn mạng đều nhận được khung này, nhưng chỉ có trạm 2 phát hiện địa chỉ MAC đích của khung trùng với địa chỉ MAC của giao tiếp mạng của mình, do đó trạm này tiếp tục xử lý các thông tin khác trong khung.
Các trạm khác sẽ không xử lý khung nếu địa chỉ MAC đích không khớp với địa chỉ MAC của giao tiếp mạng của chúng.
Khung Broadcast có địa chỉ MAC đích là FF-FF-FF-FF-FF-FF (48 Bit 1) Tất cả các trạm trong mạng đều phải nhận và xử lý các khung này, ngay cả khi địa chỉ MAC không trùng khớp với giao tiếp mạng của chúng.
Giao thức ARP sử dụng các khung Broadcast để tìm địa chỉ MAC tương ứng với một địa chỉ IP cho trước
Một số giao thức định tuyến cũng sử dụng các khung Broadcast để các Router trao đổi bảng định tuyến
Trạm nguồn chỉ gửi khung đến một số trạm nhất định, không phải tất cả Địa chỉ MAC đích của khung là địa chỉ đặc biệt, chỉ được chấp nhận bởi các trạm trong cùng nhóm.
Phương thức điều khiển truy nhập CSMA/CD quy định hoạt động của hệ thống Ethernet
Một số khái niệm cơ bản liên quan đến quá trình truyền khung Ethernet:
- Khi tín hiệu đang được truyền trên kênh truyền, kênh truyền lúc này bận và ta gọi trạng thái này là có sóng mang – carrier
- Khi đường truyền rỗi: Không có sóng mang – absence carrier
- Nếu hai trạm cùng truyền khung đồng thời thì chúng sẽ phát hiện ra sự xung đột và phải thực hiện lại quá trình truyền khung
Khoảng thời gian cần thiết để một giao tiếp mạng khôi phục sau mỗi lần nhận khung được gọi là khoảng trống liên khung (Interframe gap - IFG) Giá trị của IFG tương đương với 96 lần thời gian của một bit.
Ethernet 10Mb/s: IFG = 9,6 às Ethernet 100Mb/s: IFG = 960 ns Ethernet 1000Mb/s: IFG = 96 ns
- Cách thức truyền khung và phát hiện xung đột diễn ra như sau:
Các kỹ thuật chuyển mạch trong LAN
1.3.1 Phân đoạn mạng trong LAN
1) Mục đích của phân đoạn mạng
Mục đích của việc phân chia băng thông là để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng trong mạng và tối ưu hóa hiệu suất sử dụng băng thông hiện có Để hiểu rõ hơn về vấn đề này, chúng ta cần tìm hiểu khái niệm miền xung đột (Collision domain) và miền quảng bá (Broadcast domain).
Miền xung đột, hay còn gọi là miền băng thông, là khu vực trong mạng mà các khung dữ liệu có thể gây ra xung đột khi hai trạm đồng thời truyền tín hiệu Hiện tượng này xảy ra trong các phân đoạn mạng Ethernet, và khi số lượng trạm trong miền xung đột tăng lên, sự xung đột cũng gia tăng, dẫn đến giảm tốc độ truyền dữ liệu Do đó, miền xung đột còn được xem là miền băng thông, vì các trạm trong miền này sẽ chia sẻ băng thông hạn chế.
Miền quảng bá, hay còn gọi là Broadcast domain, là một tập hợp các thiết bị trong mạng, nơi mà khi một thiết bị gửi đi một khung quảng bá, tất cả các thiết bị khác trong miền đó đều nhận được khung này.
Khi sử dụng các thiết bị kết nối mạng khác nhau, ta sẽ phân chia mạng thành các miền xung đột và miền quảng bá khác nhau
2) Phân đoạn mạng bằng Repeater
Thực chất Repeater không phân đoạn mạng mà chỉ mở rộng đoạn mạng về mặt vật lý Nói chính xác, Repeater cho phép mở rộng miền xung đột
Hình 1.22 Kết nối mạng Ethernet 10BaseT sử dụng Hub
Hệ thống 10BaseT sử dụng Hub như một bộ Repeater nhiều cổng Các máy trạm cùng nối tới một Hub sẽ thuộc cùng một miền xung đột
Giả sử có 8 trạm kết nối với một Hub 10BaseT với tốc độ 10Mb/s Do chỉ một trạm có thể truyền dữ liệu tại một thời điểm, băng thông trung bình mà mỗi trạm nhận được là:
Hình vẽ sau minh hoạ miền xung đột và miền quảng bá khi sử dụng Repeater:
Khi sử dụng Repeater để mở rộng mạng, khoảng cách giữa hai máy trạm bị giới hạn Trong hoạt động của Ethernet, Slot Time trong cùng miền xung đột quy định cách kết nối các thiết bị Việc sử dụng quá nhiều Repeater có thể làm tăng độ trễ truyền khung, vượt quá giá trị cho phép, dẫn đến hoạt động không ổn định trong mạng.
3) Phân đoạn mạng bằng cầu nối
Cầu nối hoạt động tại tầng 2 của mô hình OSI, có khả năng kiểm tra địa chỉ MAC trong khung và đưa ra quyết định gửi khung dựa trên địa chỉ nguồn và đích Trong ví dụ dưới đây, quá trình truyền khung chỉ diễn ra ở phía A mà không xảy ra ở phía B.
Hình 1.25 Truyền khung trong cầu nối
Khác với việc sử dụng Repeater, băng thông trong từng miền xung đột được chia sẻ, cho phép mỗi máy trạm sử dụng nhiều băng thông hơn.
Việc sử dụng cầu nối mang lại lợi ích quan trọng khi mỗi miền xung đột riêng biệt có giá trị Slot Time khác nhau, từ đó cho phép tối đa hóa khả năng mở rộng cho từng miền.
Việc sử dụng cầu nối trong quản lý mạng bị hạn chế bởi quy tắc 80/20, theo đó cầu nối chỉ phát huy hiệu quả khi chỉ 20% tải của phân đoạn được truyền qua cầu, trong khi 80% còn lại là tải nội bộ của phân đoạn.
Quy tắc 80/20 cho thấy rằng trong một số trường hợp, hai phân đoạn mạng được kết nối bằng cầu không mang lại lợi ích về băng thông, vì chúng có thể được xem như là một phân đoạn mạng duy nhất.
4) Phân đoạn mạng bằng Router
Bộ định tuyến hoạt động ở tầng 3 của mô hình OSI, cho phép nó kiểm tra Header của gói IP Đơn vị dữ liệu mà bộ định tuyến xử lý là các gói IP, trong khi các thiết bị chuyển mạch và cầu nối làm việc với các khung tin.
Bộ định tuyến đồng thời tạo ra các miền xung đột và miền quảng bá riêng biệt
Hình 1.28 Phân đoạn mạng bằng Router
5) Phân đoạn mạng bằng bộ chuyển mạch
Bộ chuyển mạch là thiết bị phức tạp với nhiều cổng, cho phép cấu hình linh hoạt theo nhiều cách khác nhau, bao gồm việc thiết lập nhiều cầu ảo.
Hình 1.29 Cấu hình bộ chuyển mạch thành nhiều cầu ảo Bảng tổng kết thực hiện phân đoạn mạng bằng các thiết bị kết nối khác nhau:
Thiết bị Miền xung đột Miền quảng bá
Switch Nhiều Một hoặc nhiều
Bảng 1.3 Bảng tổng kết thực hiện phân đoạn mạng
Ví dụ 1: Cho 4 thiết bị mạng: 1 Router, 2 Repeater, 1 Bridge Vẽ 2 topo mạng và xác định miền xung đột, miền quảng bá
Hình 1.30 Miền xung đột, miền quảng bá
Ví dụ 2: Cho 5 thiết bị mạng: 2 Router, 1 Repeater, 2 Bridge Vẽ 2 topo mạng và xác định miền xung đột, miền quảng bá
Hình 1.31 Miền xung đột, miền quảng bá
1.3.2 Các chế độ chuyển mạch trong LAN
Bộ chuyển mạch không chỉ cung cấp chức năng tương tự như cầu nối mà còn có khả năng mở rộng quy mô và cải thiện hiệu suất vận hành của toàn bộ mạng một cách hiệu quả hơn.
Bộ chuyển mạch là thiết bị kết nối nhiều mạng hoặc thiết bị, hoạt động bằng cách xây dựng và duy trì cơ sở dữ liệu danh sách các cổng và phân đoạn mạng liên kết Khi nhận được khung tin, bộ chuyển mạch sẽ kiểm tra địa chỉ đích trong khung tin và tìm số cổng tương ứng trong cơ sở dữ liệu để chuyển tiếp khung tin đến đúng cổng.
Cách thức nhận và chuyển khung tin cho ta hai chế độ chuyển mạch:
- Chuyển mạch lưu-và-chuyển (store- and- forward switching)
- Chuyển mạch ngay (cut-through switching).
Giới thiệu về liên mạng
Liên mạng là một hệ thống bao gồm nhiều mạng riêng lẻ được kết nối thông qua các thiết bị trung gian, hoạt động như một mạng lớn Việc kết nối này giúp mở rộng phạm vi và số lượng máy tính trong mạng, đồng thời cho phép các mạng xây dựng theo các tiêu chuẩn khác nhau có thể giao tiếp với nhau.
Liên mạng có thể được thực hiện ở những tầng khác nhau, tùy thuộc vào mục đích cũng như thiết bị sử dụng
Tầng kết nối Mục đích Thiết bị sử dụng
Tầng vật lý Tăng số lượng và phạm vi mạng
Tầng liên kết dữ liệu Nối kết các mạng LAN có tầng vật lý khác nhau Phân chia vùng đụng độ để cải thiện hiệu suất mạng
(Switch) Tầng mạng Mở rộng kích thước và số lượng máy tính trong mạng, hình thành mạng WAN
Các tầng còn lại Nối kết các ứng dụng lại với nhau Gateway
Ta xét một liên mạng gồm 2 nhánh mạng LAN1 và LAN2 nối với nhau bằng một Repeater như sau:
Trong hình 2.1, khi máy N2 gửi một Frame đến N1, Frame này được truyền trên LAN1 và đến cổng 1 của Repeater dưới dạng chuỗi bit Repeater khuếch đại chuỗi bit này và chuyển tiếp sang cổng 2, vô tình gửi cả Frame của N2 đến LAN2 Kết quả là N1 nhận toàn bộ Frame trên LAN1, trong khi không có máy trạm nào trên LAN2 nhận được Frame này Do đó, nếu N5 muốn gửi Frame cho N4, nó sẽ không thể thực hiện vì đường truyền đang bị bận.
Khi Frame N2 được gửi từ N1, không cần thiết phải truyền sang LAN2 để tiết kiệm băng thông Tuy nhiên, do Repeater hoạt động ở tầng 1 và không nhận biết Frame, nó sẽ chuyển tiếp tất cả dữ liệu nhận được đến các cổng khác Việc sử dụng Repeater hoặc Hub để kết nối mạng sẽ làm tăng khả năng xảy ra va chạm, dẫn đến tăng nguy cơ đụng độ khi truyền tin giữa các máy tính và giảm hiệu suất mạng.
Cầu nối
Bây giờ thay thế Repeater bằng một Bridge Khi Frame N2 gửi cho N1 đến cổng
1 của Bridge, nó sẽ phân tích và thấy rằng không cần thiết phải chuyển Frame sang LAN2
Bridge là thiết bị hoạt động ở tầng 2 trong mô hình OSI, có nhiệm vụ chuyển tiếp khung từ nhánh mạng này sang nhánh mạng khác Bridge thực hiện việc chuyển Frame một cách có chọn lọc dựa trên địa chỉ MAC của các máy tính, giúp chia nhỏ liên mạng thành các vùng đụng độ Nhờ đó, hiệu suất của liên mạng được cải thiện rõ rệt so với việc sử dụng Repeater hay Hub.
Có thể phân Bridge thành 3 loại:
- Cầu nối trong suốt (Transparent Bridge): Cho phép nối các mạng Ethernet/ Fast Ethernet với nhau
- Cầu nối xác định đường đi từ nguồn (Source Routing Bridge): Cho phép nối các mạng Token Ring với nhau
- Cầu nối trộn lẫn (Mixed Media Bridge): Cho phép nối mạng Ethernet và Token Ring với nhau
Cầu nối trong suốt, được phát triển bởi Digital Equipment Corporation vào đầu những năm 80, đã được đệ trình cho IEEE và chính thức trở thành một phần của chuẩn IEEE 802.1.
Cầu nối trong suốt là thiết bị dùng để kết nối các mạng Ethernet, hoạt động một cách ẩn danh mà không yêu cầu cấu hình từ các máy trạm Nhờ vào cầu nối này, các máy trạm có thể truyền tải thông tin qua liên mạng một cách dễ dàng và hiệu quả mà không cần can thiệp thêm.
Khi cầu nối trong suốt được bật, nó bắt đầu học vị trí các máy tính trên mạng bằng cách phân tích địa chỉ máy gửi từ các khung nhận được Chẳng hạn, nếu cầu nối nhận một khung từ cổng số 1 do máy A gửi, nó sẽ xác định rằng máy A có thể được truy cập qua cổng số 1 Qua quá trình này, cầu nối xây dựng bảng địa chỉ (Local address table) để mô tả địa chỉ các máy tính so với các cổng của nó, bao gồm địa chỉ máy tính (Địa chỉ MAC) và cổng hướng đến máy tính.
Cầu nối sử dụng bảng địa chỉ để chuyển tiếp khung, bằng cách đọc 6 Bytes đầu tiên của khung để xác định địa chỉ máy nhận Sau đó, cầu nối sẽ tìm địa chỉ này trong bảng và xử lý theo các trường hợp tương ứng.
- Nếu máy nhận nằm cùng một cổng với cổng đã nhận khung, cầu nối sẽ bỏ qua khung vì biết rằng máy nhận đã nhận được khung
- Nếu máy nhận nằm trên một cổng khác với cổng đã nhận khung, cầu nối sẽ chuyển khung sang cổng có máy nhận
Nếu địa chỉ máy nhận không có trong bảng địa chỉ, cầu nối sẽ gửi khung đến tất cả các cổng còn lại, ngoại trừ cổng đã nhận khung.
Trong mọi trường hợp, cầu nối đều cập nhật vị trí của máy gửi khung vào trong bảng địa chỉ
Cầu nối trong suốt giúp phân chia mạng thành các vùng đụng độ riêng biệt, đặc biệt khi dữ liệu được gửi giữa hai máy tính trên cùng một cổng Nó lọc luồng dữ liệu để không ảnh hưởng đến các nhánh mạng khác, từ đó cải thiện băng thông trong liên mạng.
3) Vòng quẩn - Giải thuật Spanning Tree
Cầu nối trong suốt sẽ hoạt động sai nếu như trong hình trạng mạng xuất hiện các vòng Xét ví dụ như hình dưới đây:
Vòng quẩn trong mạng xảy ra khi hai cầu nối B1 và B2 không có thông tin về địa chỉ của N, dẫn đến việc cả hai đều chuyển khung F sang LAN 2, tạo ra hai phiên bản F1 và F2 Khi F1 đến B2 và F2 đến B1, quá trình này tiếp tục diễn ra, khiến cho F2 và F1 được chuyển ngược lại sang LAN 1, gây ra hiện tượng rác trên mạng Để khắc phục tình trạng này, Digital đã phát triển giải thuật nối cây, sau này được chuẩn hóa theo tiêu chuẩn IEEE 802.1d.
Mục tiêu của giải thuật này là xác định các cổng tạo nên vòng quẩn trong mạng và chuyển chúng về trạng thái dự phòng (Stand by) hoặc khóa (Blocked), nhằm đưa sơ đồ mạng về dạng hình cây không còn vòng Các cổng này sẽ được kích hoạt lại khi các cổng chính gặp sự cố.
Giải thuật này dựa trên lý thuyết về đồ thị Giải thuật yêu cầu các vấn đề sau:
- 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 Giải thuật bao gồm 4 bước sau:
+ Chọn cầu nối gốc (Root bridge): Để đơn giản cầu nối gốc là cầu nối có số nhận dạng nhỏ nhất
Trên các cầu nối, cổng gốc (Root port) là cổng có giá trị đường đi thấp nhất từ cầu nối hiện tại đến cầu nối gốc Trong mỗi LAN, cầu nối được chỉ định (Designated bridge) là cầu nối có giá trị đường đi thấp nhất từ LAN hiện tại đến cầu nối gốc, và cổng nối LAN tương ứng với 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
Ví dụ: Cho một liên mạng gồm các LAN V,W,X,Y,Z được nối lại với nhau bằng
5 cầu nối có số nhận dạng từ 1 đến 5
Trên liên mạng có nhiều vòng quẩn, giải thuật nối cây giúp xác định các cổng gốc (R) và cổng được chỉ định (D) Ngoài các cổng gốc, giá trị về gốc cũng được thể hiện qua cổng này.
R(30)) Từ đó, hình trạng mạng sau khi đã loại bỏ các vòng quẩn như sau:
Hình 2.4 Liên mạng được xây dựng lại bằng Spanning tree
2.2.2 Cầu nối xác định đường đi từ nguồn
Cầu nối xác định đường đi từ nguồn (SRB - Source Route Bridge) là giải pháp được phát triển bởi IBM nhằm kết nối các mạng Token, và đã được đệ trình lên ủy ban IEEE 802.5.
Cầu nối SRB quy định rõ ràng đường đi từ máy tính gửi đến máy tính nhận, và thông tin này phải được tích hợp vào khung dữ liệu gửi đi Nhiệm vụ của các cầu nối SRB là lưu trữ và chuyển tiếp các khung dữ liệu theo hướng dẫn đã được lưu trong khung.
Xét một liên mạng gồm 4 mạng Token ring được nối với nhau bằng 4 cầu nối SRB như hình dưới đây:
Trong mạng Token Ring, khi máy X muốn gửi dữ liệu đến máy Y, bước đầu tiên là xác định xem Y có nằm trong cùng một LAN với X hay không Để làm điều này, X gửi một khung kiểm tra (Test frame) Nếu khung kiểm tra quay trở lại máy X mà không có dấu hiệu đã nhận từ máy Y, điều này cho thấy Y không nằm trong cùng mạng LAN.
Y, X sẽ kết luận rằng Y nằm trên một nhánh mạng khác Để xác định chính xác vị trí của máy Y trên mạng khác, X gửi một khung thăm dò (Explorer frame) Mỗi cầu nối khi nhận được khung thăm dò (Bridge 1 và Bridge 2 trong trường hợp này) sẽ Copy khung và chuyển nó sang tất cả các cổng còn lại Thông tin về đường đi được thêm vào khung thăm dò khi chúng đi qua liên mạng Khi các khung thăm dò của X đến được Y, Y gửi lại các khung trả lời cho từng khung mà nó nhận được theo đường đi đã thu thập được trong khung thăm dò X nhận được nhiều khung trả lời từ Y với nhiều đường đi khác nhau X sẽ chọn một trong số đường đi này theo một tiêu chuẩn nào đó, thông thường đường đi của khung trả lời đầu tiên sẽ được chọn vì đây chính là đường đi ngắn nhất trong số các đường đi
Sau khi đường đi đã được xác định, nó được đưa vào các khung dữ liệu gửi cho
Y trong trường thông tin về đường đi (RIF- Routing Information Field) RIF chỉ được sử dụng đến đối với các khung tin gửi ra bên ngoài LAN
Cấu trúc của RIF trong khung được mô tả như hình dưới đây:
Hình 2.6 Cấu trúc của trường thông tin về đường đi Trong đó:
Routing Control: là trường điều khiển đường đi, nó bao gồm các trường con sau:
+ Type: Có thể có các giá trị mang ý nghĩa như sau: