Mạng LAN (Local Area Network )
Tổng quan
Mạng LAN (Mạng khu vực nội bộ) là một hệ thống mạng máy tính cho phép các thiết bị kết nối và tương tác với nhau, nhằm chia sẻ dữ liệu và làm việc trong một không gian giới hạn.
❖ Một mạng LAN tối thiểu cần có máy chủ (Server), các thiết bị ghép nối (Repeater, Hub, Switch, Bridge), máy tính con (Clients), card mạng
(Network Interface Card – NIC) và dây cáp (Cable) để kết nối các máy tính lại với nhau.
Hình 1.1 Tổng quan mạng LAN
LAN Topology
❖ Có 2 kiểu cấu trúc mạng LAN là Physical và Logical:
Cấu trúc vật lý của mạng LAN mô tả cách sắp xếp và bố trí các thiết bị trong mạng, bao gồm cáp, máy tính và thiết bị ngoại vi Ví dụ, trong một phòng có thiết lập mạng, cấu trúc vật lý thể hiện qua các dây cáp kết nối với máy tính, cũng như các hub và switch liên kết với nhau.
Cấu trúc Logical đề cập đến các phương thức giao tiếp và truyền tải thông tin giữa các máy tính, cũng như cách dữ liệu được gửi qua mạng Ví dụ, trong một căn phòng có mạng lưới, việc quan sát cách thức hoạt động của mạng khi các máy tính giao tiếp với nhau chính là phần Logical.
❖ Cấu trúc dạng Bus là một trong những cấu trúc đời đầu , khá cũ và ngày nay hiếm được sử dụng trong các văn phòng hay nhà ở hiện đại.
❖ Là một dạng cấu trúc liên kết mà trong đó tất cả các thiết bị được kết nối với một dây cáp hay đường truyền duy nhất.
Cấu trúc liên kết Bus cho phép tất cả các máy trạm kết nối trực tiếp với xương sống chính, nơi mang dữ liệu Lưu lượng dữ liệu từ bất kỳ máy tính nào sẽ di chuyển qua đường trục và được tiếp nhận bởi tất cả các máy trạm trong hệ thống.
Tất cả dữ liệu đều được truyền qua một dây duy nhất, vì vậy đầu cuối của dây cần được kết nối với các thiết bị như bộ giảm shock để hấp thụ tín hiệu, ngăn chặn phản xạ trở lại Thông thường, trở kháng sẽ là 50 Ohm, giúp tối ưu hóa hiệu suất truyền tín hiệu.
❖ Hoạt động tốt trong một mạng nhỏ gồm 2-5 máy tính.
❖ Dễ lắp đặt, ít kinh phí. b Khuyết điểm:
❖ Nếu thiết bị truyền duy nhất bị hỏng , thì dẫn đến sập hệ thống hoặc sẽ gây rất nhiều khó khăn trong việc truyền thông tin dữ liệu.
Khi số lượng máy tính trong mạng tăng lên, lưu lượng mạng sẽ giảm, điều này có thể dẫn đến việc giảm đáng kể hiệu suất và băng thông khả dụng của mạng.
Trong cấu trúc hình vòng tròn, các thiết bị được kết nối với nhau thông qua một vòng dây cáp, tạo thành một mạng lưới liên kết liên tục Khác với cấu trúc Bus, cấu trúc Ring không có điểm kết thúc, giúp cải thiện khả năng truyền dữ liệu giữa các thiết bị trong mạng.
Các tín hiệu trong mạng vòng di chuyển theo một hướng, đi qua từng máy tính và hoạt động như bộ lặp để tăng cường tín hiệu, sau đó gửi đến máy tính tiếp theo Ở quy mô lớn, nhiều mạng LAN có thể kết nối với nhau thành cấu trúc vòng thông qua cáp đồng trục hoặc cáp quang Thicknet Ưu điểm của cấu trúc này là khả năng mở rộng và dễ dàng quản lý mạng.
❖ Tất cả dữ liệu đều di chuyển theo 1 hướng , làm giảm khả năng va chạm dữ liệu
❖ Không cần máy chủ mạng để kiểm soát kết nối mạng giữa mỗi máy trạm.
❖ Dữ liệu có thể chuyển giữa các máy trạm với tốc độ cao
❖ Máy trạm bổ sung có thể được thêm vào mà không ảnh hưởng hiệu suất đường truyền. b Nhược điểm:
❖ Chính vì phải qua từng máy trạm cho nên nó sẽ chậm hơn , bất tiện hơn sao với cấu trúc Star
❖ Toàn bộ mạng sẽ phần nào bị ảnh hưởng nếu 1 máy trạm có vấn đề.
❖ Phần cứng để thiết kế để kết nối các máy trạm khá đắt đỏ so với
Cấu trúc Star hay Hub là một trong những lựa chọn phổ biến nhất cho văn phòng và hộ gia đình nhờ vào chi phí thấp và khả năng khắc phục sự cố dễ dàng.
Trong cấu trúc mạng này, các thiết bị kết nối riêng lẻ đến một điểm kết nối trung tâm như Hub hoặc Switch Mặc dù cần lắp đặt nhiều dây cáp thay vì một dây đơn lẻ, nhưng khi xảy ra sự cố, chúng ta chỉ cần xử lý dây lỗi mà không ảnh hưởng đến các dây khác Ưu điểm này giúp tăng tính linh hoạt và dễ dàng trong việc bảo trì hệ thống mạng.
❖ Tính độc lập giữa các máy trạm và dây cáp , một dây hư sẽ không ảnh hưởng tới dây khác.
❖ Dễ mở rộng. b Nhược điểm:
❖ Hub thường xuyên bị tình trạng nghẽn cổ chai và nếu thiết bị trung tâm bị hư thì toàn bộ hệ thống sẽ bị sập.
❖ Khoảng cách các máy với thiết bị trung tâm ngắn.
Cấu trúc Mesh là một hệ thống kết nối, trong đó mỗi máy tính hoặc thiết bị được liên kết với tất cả các máy tính và thiết bị khác thông qua các đường mạng riêng biệt Điều này cho phép phân phối dữ liệu hiệu quả, ngay cả khi có một số đường truyền bị lỗi.
❖ Ở quy mô lớn hơn, ta có thể kết nối nhiều mạng LAN với nhau thông qua cấu trúc Mesh này
❖ Cấu trúc Mesh được chia ra thành cấu trúc Mesh toàn phần và cấu trúc một phần:
Trong cấu trúc toàn phần, mỗi máy tính đều kết nối với tất cả các máy khác trong mạng Số lượng kết nối trong mạng được tính bằng công thức n*(n-1)/2, trong đó n là tổng số máy tính.
Trong cấu trúc một phần, tối thiểu hai máy tính được kết nối với nhiều máy khác trong mạng, tạo ra một phương pháp dự phòng chi phí thấp Khi một trong các máy chính hoặc kết nối mạng gặp sự cố, các máy còn lại vẫn duy trì hoạt động bình thường.
❖ Có thể quản lý lưu lượng lớn do có thể truyền nhiều dữ liệu cung lúc.
❖ Lỗi một thiết bị sẽ không gây cản trở hệ thống.
❖ Thêm các thiết bị bổ sung sẽ không làm giảm hiệu suất đường truyền. b.Nhược điểm:
❖ Chí phí thực hiện cao hơn các cấu trúc khác.
❖ Xây dựng và duy trì hệ thống khó khăn và tốn thời gian.
❖ Tuy cơ hội kết nối dự phòng cao , nhưng sẽ làm tăng chi phí và tiềm năng giảm hiệu quả.
3 Các thiết bị mạng trong mạng LAN
❖ Card mạng – NIC là một tấm mạch in được cắm vào trong máy tính dùng để cung cấp cổng kết nối vào mạng.
❖ Card mạng được coi là một thiết bị hoạt động ở lớp 2 của mô hình OSI.
❖ Mỗi card mạng có chứa một địa chỉ duy nhất là địa chỉ MAC – Media Access Control.
❖ Card mạng điều khiển việc kết nối của máy tính vào các phương tiện truyền dẫn trên mạng.
❖ Repeater là một thiết bị họat động ở mức 1 (Physical) của mô hình OSI khuyếch đại và định thời lại tín hiệu.
❖ Repeater khuyếch đại và gửi mọi tín hiệu mà nó nhận được từ một port ra tất cả các port còn lại.
❖ Mục đích của repeater là phục hồi lại các tín hiệu đã bị suy yếu đi trên đường truyền mà không sửa đổi gì cả.
Bridge là thiết bị hoạt động tại lớp 2 của mô hình OSI, có chức năng kết nối các phân đoạn mạng nhỏ sử dụng cùng phương thức đánh địa chỉ và công nghệ mạng, đồng thời chuyển gửi các gói dữ liệu giữa các phân đoạn này.
Việc tổ chức trao đổi dữ liệu giữa hai phân đoạn mạng một cách thông minh giúp giảm thiểu tình trạng tắc nghẽn tại các điểm kết nối.
Dữ liệu chỉ được trao đổi trong một phân đoạn mạng cụ thể, không được truyền qua các phân đoạn khác, điều này giúp giảm thiểu lưu lượng trao đổi giữa các phân đoạn.
Hình 1.9 Bộ chuyển mạch Switching
Công nghệ chuyển mạch là một công nghệ mới giúp làm giảm bớt lưu thông trên mạng và làm gia tăng băng thông.
Ethernet
❖ Ethernet là công nghệ mạng được sử dụng phổ biến trong mạng LAN, WAN, MAN.
Ethernet là một giao thức mạng cho phép các thiết bị truyền tải và định dạng dữ liệu, giúp các thiết bị khác trong cùng một mạng cục bộ hoặc khu vực khuôn viên nhận diện, tiếp nhận và xử lý thông tin một cách hiệu quả.
Ethernet hiện nay là mạng phổ biến nhất cho các mạng nhỏ, được xây dựng theo tiêu chuẩn 7 lớp trong cấu trúc mạng ISO Mạng Ethernet cho phép kết nối nhiều loại máy tính khác nhau, bao gồm cả máy tính mini, vào mạng truyền số liệu Các thiết bị có thể truy cập mạng cục bộ qua cáp, nghĩa là sử dụng kết nối có dây thay vì kết nối không dây.
So với công nghệ mạng LAN không dây (WLAN), Ethernet có độ ổn định cao hơn và ít bị gián đoạn hơn Ngoài ra, Ethernet cung cấp mức độ bảo mật và kiểm soát mạng tốt hơn, nhờ vào việc các thiết bị phải kết nối qua cáp vật lý.
❖ Giao thức Ethernet được xác định là hoạt động trên cả Layer 1 - lớp vật lý
- và Layer 2 - lớp liên kết dữ liệu - trên mô hình giao thức mạng OSI. Ethernet xác định hai đơn vị truyền: packet và framework.
❖ Framework không chỉ có nội dung của dữ liệu được truyền mà còn bao gồm:
• Địa chỉ truy cập vật lý (MAC) của cả người gửi và người nhận;
• Gắn thẻ Vlan và thông tin liên quan khác;
• Thông tin sửa lỗi để phát hiện sự cố truyền
❖ Mỗi frame sẽ nằm trong một gói chứa một vài byte thông tin để thiết lập kết nối và đánh dấu vị trí framework bắt đầu.
4.3 Các loại cáp Ethernet thường gặp: a Cáp Cat 5
Cáp mạng Cat 5e là loại cáp phổ biến nhất, bao gồm cả loại không bóc giáp và loại bọc giáp Dây dẫn đồng trong cáp thường có dạng lõi đặc hoặc lõi bện, được sử dụng để truyền dữ liệu ở khoảng cách xa một cách hiệu quả.
Cáp Cat 6 tương tự như cáp Cat 5 nhưng đáp ứng các tiêu chuẩn cao hơn trong việc truyền dữ liệu, và loại cáp này đang dần thay thế cáp Cat 5.
Cáp Cat 6A cung cấp hiệu suất vượt trội so với hai loại cáp khác nhờ cấu trúc dây có lõi chữ thập dọc theo chiều dài, giúp cô lập hoàn toàn 4 đôi dây Điều này giảm thiểu nhiễu chéo, đảm bảo tín hiệu truyền tải luôn ổn định và chất lượng cao.
Dây cáp này được thiết kế với lớp vỏ bọc giáp hoặc lớp vỏ nhựa dày hơn, giúp hạn chế nhiễu từ bên ngoài, mang lại hiệu suất tốt hơn so với các loại dây cáp thông thường.
❖ Chi phí tương đối thấp.
❖ Có thể tương thích ngược.
❖ Chất lượng đường truyền tốt , tốc độ cao.
❖ Đảm bảo độ bảo mật cao , tường lửa được sử dụng. b Nhược điểm:
❖ Thường chỉ áp dụng với mạng khu vực nhỏ , khoảng cách ngắn.
❖ Không hoạt động tốt với các ứng dụng tương tác thời gian thực.
❖ Nếu lưu lượng truy cập tăng, Ethernet sẽ giảm tốc độ.
❖ Khi bị sự cố, khá khó khăn trong việc xét dây cáp hay phần nào bị hư.
Mạng diện rộng (WAN) là một loại mạng lớn không giới hạn bởi vị trí địa lý Khác với mạng cục bộ (LAN) chỉ kết nối các thiết bị trong một khu vực nhỏ, mạng WAN kết nối thiết bị trên diện rộng, bao gồm nhiều tòa nhà, thành phố và thậm chí là các quốc gia, thông qua các phương tiện viễn thông hoặc vệ tinh.
❖ Ngoài ra , WAN có thể kết nối thành mạng riêng của 1 tổ chức hay kết nối qua nhiều hạ tầng chung của các công ty viễn thông.
❖ Các công nghệ WAN thường liên quan tới lớp 3 mô hình OSI.
Mạng WAN (Wide Area Network )
WAN Topology
Mạng WAN có các cấu trúc liên kết tương tự như mạng LAN, bao gồm các hình thức như BUS, RING và MESH Tuy nhiên, thay vì sử dụng dây cáp thông thường, WAN áp dụng một hỗn hợp các công nghệ như T-Carriers với các dây T1, T2, và còn sở hữu các Topology đặc trưng khác.
Hình 2.2 Cấu trúc Hub – and – spoke
Cấu trúc HaS bao gồm một thiết bị trung tâm (Hub) kết nối với nhiều thiết bị con (Spoke) Dữ liệu giữa hai Spoke trong hệ thống HaS luôn được truyền qua Hub trước tiên.
❖ (Các Spoke đều kết nối với Hub thông qua các kênh truyền ảo riêng biệt và các giao diện con được định tuyến tại Hub) Ưu điểm
❖ Tiết kiệm chi phí vì ta tập trung các dịch vụ vào 1 chỗ trung tâm.
❖ Không giới hạn các Spoke đăng ký.
Hình 2.3 Cấu trúc Point – to - point
❖ Hiểu đơn giản là 1 điểm kết nối trực tiếp với một điểm khác , ở đây là 2 mạng WAN với nhau.
Các mạng được kết nối theo hình thức tuyến tính, trong đó mỗi mạng chỉ liên kết với các mạng liền kề ngay trước và sau nó, không bao gồm các trang web ở cuối dòng.
Toàn bộ băng thông của liên kết chung được sử dụng để truyền dữ liệu giữa hai nút, dựa trên chiều dài thực tế của dây hoặc cáp kết nối Ưu điểm của phương pháp này là khả năng truyền tải hiệu quả, nhưng nhược điểm là có thể gặp phải giới hạn về khoảng cách và tốc độ truyền.
❖ Chi phí lắp đặt rẻ hơn nếu so sánh với các cấu hình liên kết còn lại.
❖ Băng thông cao vì chỉ có 2 nút sử dụng cả bang thông.
❖ Dễ dàng xử lý và bảo trì.
❖ Khi có trường hợp cần thay đổi một trong 2 điểm thì có thể thay rất dễ dàng.
❖ Chỉ sử dụng trong phạm vi hạn chế do 2 điểm thường sử dụng cáp kết nối.
❖ Phụ thuộc vào 1 kênh truyền chung,tương tự Bus, cả hệ thống sập nếu kênh truyền hỏng.
❖ Nếu 1 điểm bị hư trong quá trình truyền dữ liệu , dữ liệu sẽ không đến nơi.
3 Các thiết bị kết nối
Router trong mạng WAN không chỉ thực hiện định tuyến gói dữ liệu ở lớp thứ ba mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các mạng WAN với các chuẩn vật lý và liên kết khác nhau.
Thiết bị kết nối đa cổng đóng vai trò quan trọng trong các nhà mạng, cho phép chuyển đổi lưu lượng như ATM và hoạt động hiệu quả ở lớp Data Link Ngoài ra, thiết bị này cũng hỗ trợ liên lạc qua điện thoại và truyền tải video.
❖ Cho phép dữ liệu số được gửi qua một phương tiện tương tự trong quá trình truyền và nhận thông tin.
Để khai thác dịch vụ Internet từ các nhà cung cấp dịch vụ (ISP), modem cần phải phù hợp với loại kết nối (DSL, đồng hoặc quang) mà ISP cung cấp, nhằm đảm bảo khả năng hoạt động hiệu quả với hạ tầng hiện có.
(Ngoài ra, trên modem còn kết nối Ethernet đầu ra cho phép truyền
Internet (tín hiệu digital đã được giải mã) tới bất kỳ một router hoặc máy tính đơn lẻ nào ở "phía sau").
Modem giống như người mẹ trong khi router là đứa con; nếu không có modem, router chỉ có thể thiết lập mạng nội bộ mà không thể kết nối với Internet quốc tế.
❖ Chuyển đổi tín hiệu số do máy tính tạo ra (1 và 0) thành tần số giọng nói có thể được truyền qua các đường dây tương tự
Một modem khác ở phía bên kia của kết nối thực hiện việc chuyển đổi âm thanh trở lại thành tín hiệu số, giúp nhập dữ liệu vào máy tính hoặc kết nối mạng.
Channel Service Unit / Data Service Unit là thiết bị kết hợp dùng để giám sát đồng hồ hóa và đồng bộ khung trên đường dây, đồng thời thực hiện phát hiện lỗi ở lớp Vật lý.
CSU nhận tín hiệu và truyền tải nó đến mạng WAN, đồng thời phản xạ tín hiệu trả lời khi các công ty điện thoại kiểm tra thiết bị và ngăn chặn nhiễu điện từ.
DSU hoạt động giống như một modem kết nối giữa DTE và CSU, có chức năng chuyển đổi các khung dữ liệu từ định dạng mạng LAN sang định dạng tương thích với đường T-1 và ngược lại.
Tập trung vào việc liên lạc thông qua các phương thức quay số vào (dial-in) và quay số ra (dial-out) Một Access Server có thể kết hợp cả hai phương thức này, sử dụng giao diện tương tự và kỹ thuật số để tối ưu hóa khả năng kết nối.
❖ Một hoặc nhiều Router nằm ngay chính giữa mô hình của mạng WAN chứ không phải ở ngoài rìa với chức năng là xương sống của mạng.
Router cần hỗ trợ nhiều giao diện viễn thông tốc độ cao trong lõi WAN và có khả năng chuyển tiếp các gói IP với tốc độ tối đa trên tất cả các giao diện này.
Các công nghệ kết nối
❖ Mục đích: Thực hiện việc liên kết giữa 2 điểm node bằng một đường tạm thời hoặc dành riêng phục vụ cho việc kết nối.
❖ Việc chuyển mạch được thực hiện bởi các thiết bị chuyển mạch trong mạng
❖ Phân loại: Chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói.
❖ Nguyên tắc hoạt động: Kết nối được thiết lập giữa 2 node mạch trước khi bắt đầu.
❖ Phân loại: Chuyển mạch tương tự và chuyển mạch số a Chuyển mạch tương tự:
❖ Được thực hiện qua mạng điện thoại.
Modem chuyển đổi tín hiệu số từ máy tính thành tín hiệu tương tự để truyền tải qua các kênh điện thoại, quy trình này được gọi là phương pháp quay số (dial up).
Các tín hiệu tương tự được biểu diễn dưới dạng sóng, cho phép thể hiện sự thay đổi liên tục về cường độ và tần số, từ đó phản ánh sự chuyển động của âm thanh.
Hình 2.4 Cấu trúc chuyển mạch tương tự b Chuyển mạch số:
• Là một hình thức kết nối trực tiếp giữa các node mạng sử dụng kênh truyền dẫn số liệu thuê riêng.
• Các giao thức chủ yếu:
▪ HDLC : là giao thức được sử dụng với họ bộ định tuyến Cisco chỉ có thể sử dụng khi cả hai phía đều là bộ định tuyến Cisco.
▪ PPP: là giao thức chuẩn quốc tế, tương thích với tất cả các bộ định tuyến, cho phép nhiều giao thức chạy trên nó.
▪ LAPB: là giao thức truyền thông lớp 2 tương tự như giao thức mạng X.25.
▪ Leased-line point-to-point: dùng để kết nối giữa 2 site.
▪ Leased-line local-loop: dùng để phục vụ nhu cầu kết nối internet, public các services.
• Là kỹ thuật truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao trên đôi d ây cáp đồng truyền thông.
▪ Phát các ứng dụng giữa các Users.
▪ Truy cập Internet tốc độ cao.
▪ Kết nối giữa các mạng LAN, kết nối WAN.
❖ Nguyên tắc: Chia dữ liệu thành các gói trước khi phát , đường đi của thông điệp được thiết lập một cách cơ động khi chuyển qua mạng.
• Hướng kết nối (connection) : xác định đường đi bằng 1 gói , các gói sẽ lưu ID.
• Hướng không kết nối (connectionless) : mỗi gói phải mang đầy đủ thông tin.
Hình 2.5 Cấu trúc Frame relay
Frame Relay là một công nghệ mạng WAN tiêu chuẩn hóa, sử dụng phương pháp chuyển mạch gói để xác định các lớp liên kết vật lý và dữ liệu cho các kênh viễn thông kỹ thuật số.
Khi sử dụng Frame Relay, bạn chỉ cần trả phí cho việc thuê đường dây tới node gần nhất trên mạng Dữ liệu của bạn sẽ được gửi qua đường dây này, và mạng Frame Relay sẽ tự động định tuyến nó đến node gần nhất với người nhận, sau đó chuyển tiếp dữ liệu xuống đường dây của người nhận.
❖ Một mạng Frame Relay có các đặc trưng sau:
• Có nhiều điểm tương tự như khi triển khai một mạng X.25.
• Có cơ chế kiểm tra lỗi nhưng không có cơ chế khắc phục lỗi.
• Tốc độ truyền dữ liệu có thể lên tới 1.54 Mbit/s.
• Cho phép nhiều kích thước gói tin khác nhau.
• Có thể kết nối như một kết nối đường trục tới mạng LAN.
• Có thể triển khai qua nhiều loại đường kết nối khác nhau (56K, T-1).
• Hoạt động tại Lớp Vật lý và Lớp Liên kết dữ liệu trong mô hình OSI.
X.25 là một bộ giao thức tiêu chuẩn của ITU-T, được thiết kế để truyền dữ liệu qua mạng diện rộng (WAN) bằng cách sử dụng công nghệ chuyển mạch gói Bộ giao thức này được định nghĩa ban đầu bởi Ủy ban tư vấn quốc tế về điện thoại và điện báo (CCITT), hiện nay là ITU-T.
X.25 là một kỹ thuật chuyển mạch gói qua mạng điện thoại, được thiết kế để kết nối các máy chủ lớn với các máy trạm ở xa Một trong những ưu điểm nổi bật của X.25 so với các giải pháp mạng WAN khác là tính năng kiểm tra lỗi được tích hợp sẵn, giúp đảm bảo độ tin cậy trong quá trình truyền dữ liệu.
Giao thức X.25 hiện nay là một tập hợp các quy tắc xác định cách thiết lập và duy trì kết nối giữa các thiết bị DTE và DCE trong mạng dữ liệu công cộng (PDN) Quy định này mô tả cách thức các thiết bị DTE/DCE và PSE (Packet-switching exchange) truyền dữ liệu trong mạng.
• Bạn cần phải trả phí thuê bao khi sử dụng mạng X.25.
• Khi sử dụng mạng X.25, bạn có thể tạo kết nối tới PDN qua một đường dây dành riêng.
• Mạng X.25 hoạt động ở tốc độ 64 Kbit/s (trên đường tương tự).
• Kích thước gói tin (gọi là frame) trong mạng X.25 không cố định.
Giao thức X.25 sở hữu cơ chế kiểm tra và sửa lỗi hiệu quả, cho phép nó hoạt động ổn định ngay cả trên các hệ thống đường dây điện thoại tương tự có chất lượng kém.
• X.25 hiện đang được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới nơi các mạng số chưa phổ biến cũng như chất lượng đường dây còn thấp.
ATM là một tiêu chuẩn viễn thông được công nhận bởi Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ (ANSI) và Liên Minh Viễn Thông Quốc Tế (ITU-T), cho phép truyền tải kỹ thuật số nhiều loại lưu lượng khác nhau như thoại, dữ liệu và tín hiệu video trong một mạng duy nhất, mà không cần sử dụng các mạng lớp phủ riêng biệt.
Phương pháp kết nối mạng WAN này là một trong những giải pháp nhanh nhất hiện nay, với tốc độ đạt từ 155 Mbit/s đến 622 Mbit/s Theo lý thuyết, nó có khả năng hỗ trợ tốc độ cao hơn so với khả năng hiện tại của các phương tiện truyền dẫn.
ATM sử dụng mã hóa dữ liệu vào các ô nhỏ cố định gọi là cells (cells relay), cung cấp dịch vụ ở Lớp 2 qua các liên kết vật lý của Lớp 1 Điều này khác biệt so với các công nghệ mạng chuyển mạch gói khác như Giao thức Internet (IP) và Ethernet, vốn sử dụng các gói dữ liệu có kích thước thay đổi.
❖ Một ATM cell bao gồm 5 bytes Header và 48 bytes Payload ATM Cell được chia làm 2 loại: User-Network Interface (UNI) và Network-Network Interface (NNI).
• Tốc độ truyền dữ liệu cao, theo lý thuyết có thể đạt 1,2 Gbit/s.
• Chất lượng cao, độ nhiễu thấp nên gần như không cần đến việc kiểm tra lỗi.
• Có thể sử dụng với nhiều phương tiện truyền dẫn vật lý khác nhau ( cáp đồng trục, cáp dây xoẵn, cáp sợi quang).
• Có thể truyền đồng thời nhiều loại dữ liệu.
Mạng ISDN (Intergated Services Digital Network )
Cấu trúc mạng
❖ TE1 (Terminal equipment type 1): Các thiết bị đầu cuối mang tính năng
ISDN (điện thoại số ISDN, digital fax…).
TE2 (Thiết bị đầu cuối loại 2) là các thiết bị không hỗ trợ tính năng ISDN Để kết nối với ISDN, những thiết bị này cần sử dụng bộ phối ghép đầu cuối (TA - Terminal Adapter).
❖ TA (Terminal Adapter): là thiết bị đầu cuối cho phép các thiết bị TE2 giao tiếp với mạng ISDN.
NT1 (Network Termination 1) là thiết bị đầu cuối kết nối giữa khách hàng và tổng đài ISDN, có nhiệm vụ giám sát chất lượng đường dây, truyền tải công suất và thực hiện việc ghép các kênh B và D.
NT2 (Network Termination 2) là thiết bị thường không có trong các hộ gia đình mà chủ yếu xuất hiện tại các công ty lớn với hệ thống điện thoại bảo mật Thiết bị này cho phép kết nối nhiều thiết bị khác nhau, nâng cao khả năng quản lý và bảo mật thông tin trong môi trường doanh nghiệp.
❖ Ngoài ra LE (Local Exchange) là tổng đài ISDN và ET (Exchange Terminal) là tương hợp các hệ thống chuyển mạch của tổng đài.
Hình 3.1 Cấu trúc cơ bản của mạng ISDN
❖ Các điểm tham chiếu từ tổng đài đến thuê bao và 1 điểm tham chiếu từ tổng đài đến tổng đài khác:
• Điểm R: Giữa TE2 – TA (giữa các thiết bị phi ISDN với thiết bị TA).
• Điểm S: Giữa TE1 – NT2 (Giữa thiết bị đầu cuối của người dùng và thiết bị NT2).
• Điểm T: Giữa NT2 – NT1 (Giữa 2 thiết bị NT1 & NT2).
• Điểm U: Giữa NT1 – LE (Giữa thiết bị NT1 và tổng đài ISDN).
Các kênh trong ISDN
❖ Kênh là đường dẫn mà thông tin chảy qua đó.
Kênh D không chỉ phục vụ việc truyền tải các thông điệp báo hiệu giữa người sử dụng và mạng, mà còn có khả năng truyền dữ liệu theo kiểu gói.
❖ Tốc độ hoạt động của kênh D là 16kbps hay 64kpbs.
❖ Truyền tín hiệu thoại, audio, số liệu, video…, nói chung phục vụ việc truyền lưu lượng cho người dùng.
❖ Tốc độ kênh B là 64kbps, kênh B còn áp dụng cho chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói.
❖ Phục vụ cho việc truyền lưu lượng ở tốc độ cao Kênh H bao gồm:
• Tốc độ truyền của H 0 ≈ 384Kbps.
• Tốc độ truyền của H 10 ≈ 1472Kbps.
• Tốc độ truyền của H 11 ≈ 1536Kbps.
• Tốc độ truyền của H 12 ≈ 1920Kbps.
Các giao diện
❖ Giao diện tốc độ cơ bản BRI bao gồm 2 kênh B và 1 kênh D 16 (tốc độ 16kbps).
❖ Tốc độ sử dụng của BRI là 144kbps và tốc độ tổng là 192kbps.
❖ BRI dành cho các thuê bao nhỏ để cung cấp các dịch vụ truy cập mạng.
❖ Thường được dùng để cung cấp lỗi vào giữa thiết bị người dùng và tổng đài ISDN.
❖ Giao diện tốc độ chính, tùy theo chuẩn Bắc Mỹ hay Châu Âu mà giao diện PRI là:
• 23B + D 64 với tốc độ tổng là 1544Mbps và tốc độ dữ liệu là 1536Mbps.
• 30B + D 64 với tốc độ tổng là 2048Mbps và tốc độ dữ liệu 1984 Mbps.
❖ PRI dùng cho thuê bao có dung lượng lớn như tổng đài PBAX hoặc các mạng cục bộ LAN.
Hình 3.2 Các giao diện của ISDN (PRI và BRI)
Đánh giá
Tốc độ đường truyền của ISDN tối đa là 56kbps, nhưng có thể giảm xuống còn 45kbps do các yếu tố tác động So với các thiết lập tương tự, tín hiệu kỹ thuật số mang lại hiệu suất đường truyền tốt hơn.
Đường dây ISDN cho phép nhiều thiết bị kết nối đồng thời, hỗ trợ các dịch vụ như fax, video hội họp và điện thoại trên cùng một đường dây Với 8 kênh hỗ trợ, một đường dây ISDN duy nhất có thể phục vụ cho nhiều dịch vụ khác nhau như điện thoại, video hội họp, fax và máy thẻ tín dụng, giúp tiết kiệm chi phí và tăng hiệu quả sử dụng.
❖ Thời gian kết nối: kết nối nhanh hơn rất nhiều so với các đường dây cũ
❖ Chi phí: Đường dây ISDN đắt hơn so với các đường dây PSTN.
Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) là công nghệ kết hợp ưu điểm của định tuyến lớp 3 và chuyển mạch lớp 2, mang lại hiệu suất cao và linh hoạt trong quản lý lưu lượng mạng.
➔ Cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong mạng lõi (core) và định tuyến tốt ở các mạng biên (edge) bằng cách dựa vào nhãn (label).
Hình 4.1 Cấu trúc cisco của mạng MPLS
❖ MPLS phải làm việc với hầu hết các công nghệ liên kết dữ liệu.
❖ MPLS phải thích ứng với các giao thức định tuyến lớp mạng và các công nghệ Internet có liên quan khác.
❖ MPLS cần hoạt động một cách độc lập với các giao thức định tuyến.
❖ MPLS phải hỗ trợ mọi khả năng chuyển tiếp của bất kỳ nhãn cho trước nào.
❖ MPLS phải hỗ trợ vận hành quản lý và bảo dưỡng (OA&M).
❖ MPLS cần xác định và ngăn chặn chuyển tiếp vòng.
❖ MPLS cần hoạt động trong mạng phân cấp.
❖ MPLS phải có tính kế thừa.
Mạng MPLS(Multiprotocol Label Switching )
Các thành phần
2.1 Các thành phần và thuật ngữ
❖ FEC (Forwarding Equivalence Class) là một nhóm các gói tin ở lớp mạng được dán nhãn giống nhau và gửi đi đồng nhất theo một đường đi xác định.
LSR (Label Switching Router) là loại bộ định tuyến hỗ trợ công nghệ MPLS, bao gồm các giao thức điều khiển MPLS và các giao thức định tuyến lớp mạng, đồng thời quản lý và xử lý nhãn MPLS một cách hiệu quả.
❖ LER(Label Edge Router) là các LSR ở biên mạng MPLS trong MPLS domain, gồm có LER vào (Ingress LER) và LER ra (Egress LER).
LSP (Label Switching Path) là một tuyến đường bắt đầu từ một LSR và kết thúc tại một LSR khác Tất cả các gói tin có cùng giá trị nhãn sẽ được chuyển qua cùng một LSP.
❖ MPLS domain là tập các nút mạng MPLS.
❖ LIB (Label Information Base) - Cơ sở thông tin nhãn:
• Bảng này được gọi là cơ sở thông tin nhãn LIB (Label Information Base) mà bao gồm sự ràng buộc của FEC đến nhãn
❖ FIB (Forwarding information based) - Cơ sở thông tin chuyển tiếp:
• Sẽ ánh xạ một gói tin IP không nhãn thành gói tin MPLS có nhãn ở router biên và ngược lại.
• Bảng này được hình thành từ bảng routing và các giao thức phân phối nhãn LDP và bảng LFIB.
❖ LFIB (Label Forwarding Information Based) - Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn:
Bảng LFIB chứa thông tin về các nhãn và mạng đích, giúp router xác định hop kế tiếp khi một gói tin có nhãn đi qua Gói tin ra khỏi router có thể giữ nguyên nhãn hoặc trở thành gói tin không nhãn.
Hình 4.3 Mô hình các thành phần trong mạng MPLS
2.2 Quá trình xây dựng bảng FIB và LFIB trong mạng MPLS
❖ Bước 1: Giao thức định tuyến (OSPF hay IS IS …) xây dựng bảng routing table.
❖ Bước 2: Các LSR lần lượt gán 1 nhãn cho một dest-IP trong bảng routing
Table một cách độc lập.
❖ Bước 3: LSR lần lượt phân tán nhãn cho tất cả các router LSR kế cận.
Bước 4: Tất cả các LSR xây dựng các bảng LIB, LFIB và FIB dựa trên nhãn nhận được Các router sẽ sử dụng các thuật toán định tuyến như OSPF hoặc IS-IS để xác định đường đi cho gói tin, tương tự như trong mạng IP thông thường, từ đó tạo ra bảng routing-table cho từng router trong mạng Ví dụ, router A muốn kết nối đến một mạng cụ thể.
X thì phải qua router B, B chính là Next-hop của router A để đến mạng X.
Sau khi bảng routing table được thiết lập, các router sẽ gán nhãn cho các địa chỉ đích có trong bảng của mình; chẳng hạn, router B sẽ gán nhãn cho các đích đến theo cách cụ thể.
25 cho mạng X, nghĩa là những nhãn vào có giá trị 25, router B sẽ chuyển nó đến mạng X.
Router B phân tán nhãn 25 cho tất cả các router LSR kế cận nó với ý nghĩa
“Nếu bạn muốn đến X thì hãy gán nhãn 25 rồi gửi đến tôi”, cùng lúc đó bảng tra LIB hình thành trong router B và có entry như hình sau.
Các router LSR nhận nhãn từ router hàng xóm sẽ cập nhật vào bảng LIB, trong khi các router biên (Edge LSRs) không chỉ cập nhật bảng LIB mà còn cả bảng FIB của chúng.
Router C sẽ gán nhãn 47 cho Network X và quảng bá nhãn này đến các router lân cận, nhưng sẽ không quảng bá cho router D do D không hỗ trợ MPLS.
Router C đã tạo ra hai bảng tra LIB và LFIB với các mục tương ứng Khi nhận quảng bá từ router C, router B sẽ thêm nhãn 47 vào bảng FIB và LIB, đồng thời xây dựng bảng LFIB với các mục đã được chỉ định Router E chỉ cần thêm nhãn 47 vào trong LIB và FIB của mình.
Như vậy ta đã có được đường đi từ biên router A đến mạng cần đến là mạng
X, hay nói cách khác một LSP đã hình thành Bây giờ gói tin có thể truyền theo đường này tới đích như sau: Một gói tin IP từ mạng IP đến router biên Ingress,router A sẽ thực hiện tra bảng FIB của nó để tìm ra nexthop cho gói tin này, ở đây A sẽ gán nhãn 25 cho gói tin này theo entry có trong bảng FIB của nó và sẽ gởi tới next hop là router B để đến mạng X.
Gói tin mang nhãn 25 được gửi đến router B, nơi router này sẽ tham khảo bảng LFIB để xác định giá trị nhãn ngõ ra tương ứng, trong trường hợp này, nhãn ngõ ra cho gói tin có nhãn ngõ vào 25 là 47.
B sẽ chuyển nhãn thành 47 và truyền cho next hop là router C.
Gói tin mang nhãn 47 được gửi đến router C, nơi router này tra cứu bảng LFIB để xác định hành động tiếp theo Router C sẽ loại bỏ nhãn 47 khỏi gói tin và chuyển tiếp nó đến router D Kết quả là gói tin đến router D sẽ trở thành gói tin IP thông thường không còn nhãn.
Gói tin IP này đến D, router D sẽ tra bảng routing table của nó và truyền cho mạng X.
Hình 4.13 Cấu tạo của nhãn
• Exp (Experiment) – 3bits: Dành cho nghiên cứu và thực nghiệm.
• S (Stack) – 1bit: Dùng trong hoạt động chồng nhãn.
• TTL ( Time to live) – 8 bits: Giới hạn số node mà MPLS đi qua.
• Gói MPLS có khả năng mang nhiều nhãn.
• Nhãn bên ngoài dùng để chuyển mạch các gói MPLS trong mạng.
• Nhãn bên trong cùng chồng nhãn có bit S=1.
Hình 4.14 Ví dụ về chồng nhãn
(Nhãn 21 và 42 dùng để phân biệt 2 gói MPLS được gửi từ A và B)
Hoạt động cơ bản
❖ Tạo và phân phối nhãn.
❖ Tạo bảng LIB tại mỗi router.
❖ Tạo các đường chuyển mạch nhãn LSP.
❖ Chèn nhãn, phân tích nhãn, swapping nhãn và chuyển gói đi.
Hình 4.15 Hoạt động cơ bản của mạng MPLS
Đánh giá
Chuyển tiếp lưu lượng nhanh.
Khả năng linh hoạt. Đơn giản.
❖ Tận dụng được đường truyền.
❖ Khả năng mở rộng kém.
❖ Đắt, tốn nhiều thời gian thiết lập.
