Giáo trình hình thành quy trình nghiên cứu phương pháp định tuyến các giao thức trong cấu hình ACP p3 pot

330

của các mạng kết nối trực tiếp vào router và các mạng mà router học
đư
ợ
c
từ
các router láng riềng.
- M
ụ
c
tiêu của router là thực hiện các việc sau:
+ Kiểm tra dữ liệu lớp 3 của gói nhận
đư
ợ
c

+ Chọn
đư
ờ
ng
tốt nhất cho gói dữ liệu
+ Chuyển mạch gói ra cổng tương
ứ
ng

- Router ko bị bắt buộc phải chuyển các gói quảng bá. Do
đ
ó
router có thể làm
giảm kích thước miền

đ
ụ
ng
đ
ộ

và miền quảng bá trong mạng. Router là thiết bị
phân luồng lưu lượng quan trọng nhất trong hệ thống mạng lớn. Chúng giúp
cho bất kỳ máy tính nào cũng có thể thông tin liên lạc với bất kỳ máy tính nào
khác
ở

bất cứ
đ
âu
trên thế giới.
- LAN kết hợp hoạt
đ
ộ
ng
của cả hai thiết bị lớp 1 và lớp 2 và lớp 3. Việc triển
khai các thiết bị này như thế nào phụ thuộc vào
đ
i
ề
u
kiện và hoàn cảnh
đ
ặ
c

biệt
của từng
đơ
n
vị tổ chức.
Hinh 4.1.1.c

4.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động của mạng
- Mạng LAN ngày nay ngày càng trở nên quá tải và tình trạng nghẽn mạch gia
tăng. Thêm vào
đ
ó
số lượng người dùng mạng tăng lên nhanh chóng cùng với
331

nhiều yếu tố khác kết hợp lại tạo thành nhiều thử tháchđối với mạng LAN
truyền thống.
+Môi trường
đ
a
nhiệm hiện nay của các hệ
đ
i
ề
u
hành máy tính như Window,
Unix/Linux và MAC cho phép thực hiện
đ
ồ
ng

thời nhiều phiên giao dịch
mạng.Khả năng này càng tăng lên thì yêu cầu về tài nguyên mạng càng tăng.
+Việc sử dụng các
ứ
ng
dụng chuyên sâu như World Wide Web chẳng hạn gia
tăng.Các
ứ
ng
dụng dạng client/server này cho phép người quản trị mạng có thể
tập trung thông tin,dữ liệu lại
đ
ể

dễ bảo trì và bảo vệ dữ liệu.
+Các
ứ
ng
dụng dạng client/server giải phóng cho các máy trạm gánh nặng của
việc lưu trữ dữ liệu và chi phí trang bị
đ
ĩ
a
cứng
đ
ể

lưu trữ. Chính vì những
ư
u

đ
i
ể
m
này mà việc sử dụng các
ứ
ng
dụng dạng client/server sẽ càng
đư
ợ
c
sử
dụng rộng rãi trong tương lai.
Hình vẽ 4.1.2
+Quá nhiều người trong 1 phân
đ
o
ạ
n
mạng 10Mbps
+Hầu hết mọi người dùng
đ
ề
u
truy cập vào 1 hoặc 2 server
+Các
ứ
ng
dụng chuyên ngành như tạo màu, CAD/CAM,xử lý

ả
nh
,và cơ sở
dữ liệu.
332

4.1.3. Các thành phần của mạng Ethernet/802.3

- Các c
ấ
u
trúc thông dụng nhất của LAN là Ethernet. Ethernet
đư
ợ
c
dùng
đ
ể

truyền dữ liệu giữa 2 thiết bị trong cùng một mạng nội bộ.Những thiết bị này có
thể là máy tính máy in, file server…Tất cả các máy trong cùng một môi trường
Ethernet sẽ truyền và nhận dữ liệu theo phương pháp quảng bá. Một số yếu tố
sau có thể tác
đ
ộ
ng
đ
ế
n
hiệu quả hoạt

đ
ộ
ng
của mạng Ethernet/802.3 chia sẻ:
+Việc truyền gói trong mạng Ethernet/802.3 là quảng bá
+Phương pháp
đ
a truy cập cảm nhận sóng mạng phát hiện
đ
ụ
ng
đ
ộ

CSMA/CD
(carrier sense multiple access/collision detect) ch
ỉ

cho phép một máy trạm
đ
ư
ợ
c

truyền tại một thời
đ
i
ể
m.

+Nhiều
ứ
ng
dụng
đ
a
truyền thông có yêu cầu băng thông cao như video và
internet, cộng với tính chất quảng bá của Ethernet sẽ làm cho mạng nghẽn
mạch.
+Thời gian trễ mặc nhiên khi gói di chuy
ể
n
trên môi trường mạng lớp 1 và
đ
i

qua các thiết bị mạng lớp 1 lớp 2 lớp 3.
+Sử dụng Repeater
đ
ể

mở rộng khoảng cách và
đ
ồ
ng
thời cũng làm tăng thời
gian trễ của mạng Ethernet/802.3 LAN
Hình 4.1.3.a

333

-Ethernet sử dụng CSMA/CD và môi trường truyền chia sẻ có thể truyền dữ
liệu với tốc
đ
ộ

lên
đ
ế
n
100 Mb/s.CSMA/CD là một phương pháp truy cập cho
phép chỉ một máy trạm
đư
ợ
c
truyền d
ữ

liệu tại một thời
đ
i
ể
m.Thành
công của
Ethernet là cung cấp một dịch vụ truyền tổng lực(best-effort)
đ
ể

truyền dữ liệu
và cho phép mọi thiết bị trong cùng một môi trường chia sẻ có cơ hội truyền dữ

liệu ngang nhau.Tuy nhiên
đ
ụ
ng
đ
ộ

là một
đ
i
ề
u
tất yếu trong mạng
Ethernet,CSMA/CD
Hình 4.1.3.b
4.1.4.Mạng bán song công
-Ethernet khởi
đ
ầ
u
là một kỹ thuật bán song công.Với chế
đ
ộ

truyền bán song
công ,host chỉ có thể truyền hoặc nhận tại một thời
đ
i
ể
m

chứ không thể thực
hiện cả hai
đ
ồ
ng
thời.Mỗi một Ethernet host phải kiểm tra xem có dữ liệu
đ
ang

truyền trên mạng hay không trước khi thực hiện phát dữ liệu của mình.Nếu
mạng
đ
ang
có người sử dụng thì host phải hoãn lại thì cả hai hay nhiều Ethernet
host sẽ có thể truyền dữ liệu cùng một lúc và kết quả là xảy ra
đ
ụ
ng
đ
ộ
.Khi

đ
ụ
ng
đ
ộ

xảy ra,host nào phát hiện ra
đ

ụ
ng
đ
ộ

đ
ầ
u
tiên sẽ phát ra tín hiệu báo
334

nghẽn cho các host khác.Khi nhận
đư
ợ
c
tín hiệu báo nghẽn ,mỗi host sẽ ngừng
việc truyền dữ liệu l
ạ
i
và chờ một thời gian ngẫu nhiên trước khi bắt
đ
ầ
u
thực
hiện truy
ề
n
lại.Khoảng thời gian chờ ngẫu nhiên này do thuật toán back-off(vãn
hồi
đ

ụ
ng
đ
ộ
)tính
toán.Càng có nhiều host kết nối vào mạng và bắt
đ
ầ
u
truyền
dữ liệu thì
đ
ụ
ng
đ
ộ

càng nhiều hơn.
-Ethernet LAN ngày càng trở nên bão hoà vì ngwoif dùng sử dụng nhiều phần
mềm chuyên sâu,các
ứ
ng
dụng client/server… là những loại phần mềm yêu cầu
host phải thực hiện truyền thường xuyên hơn với thời gian lâu hơn.
Hình 4.1.4:Cấu trúc mạch của card mạng

Ta xét card bên trái ,tín hiệu
đư
ợ
c

phát ra chân Tx(transmit) xuống
đư
ờ
ng

truyền,
đ
ồ
ng
thời theo mạch hồi tiếp(loopback)
đ
i
vào chân Rx(Receive).Tín
hiệu xuống
đư
ờ
ng
truyền và
đư
ợ
c
truyền quảng bá
đ
ế
n
mọi máy trạm cùng kết
nối vào môi trường truyền chia sẻ.Do
đ
ó
chân Rx của card bên trái cũng

đ
ồ
ng

thời nhận
đư
ợ
c
tín hiệu của chính nó từ
đư
ờ
ng
truyền lên.Khi
đ
ó
nó sẽ so sánh
giữa hai tín hiệu,một tín hiệu nhận
đư
ợ
c
từ
đư
ờ
ng
truyền và một tín hiệu
đ
i
từ
chân Tx theo mạch hồi tiếp vòng về Rx.Nếu hai tín hiệu giống nhau nghĩa là
bình thường.Nếu có

đ
ụ
ng
đ
ộ

xảy ra,tín hiệu nhận
đư
ợ
c
từ
đư
ờ
ng
truyền lên sẽ
bị khác với tín hiệu hồi tiếp từ Tx.Nhờ
đ
ó
nó phát hiện
đư
ợ
c
đ
ụ
ng
đ
ộ

xảy ra
4.1.5.Sự nghẽn mạch trong mạng

-Kỹ thuật phát triển tạo ra các máy tính ngày càng nhanh hơn và thông minh
hơn.Khả năng của máy trạm và các
ứ
ng
dụng mạng chuyên sâu ngày càng phát
335

triển thì yêu cầu về băng thông của mạng ngày càng tăng.Nhu cầu
đ
ã
vượt mức
10Mb/s trên mạng chia sẻ Ethernet/802.3
-Ngày nay ,mạng thực hiện truyền rất nhiều các loại dữ liệu như:
+Tập tin hình
ả
nh
lớn
+Hình
ả
nh

+Hình
đ
ộ
ng(video)

+Ứng dụng
đ
a

phương tiện
-Ngoài ra số lượng người dùng trong mạng cũng tăng lên nhanh chóng.Tất cả
các yếu tố trên
đ
ã
đ
ặ
t
một sức ép rất lớn
đ
ố
i
với băng thông 10Mb/s.Khi có quá
nhi
ề
u
người cùng thực hiện chia sẻ t
ậ
p
tin,truy cập file server và kết nối Internet
thì tình tr
ạ
ng
nghẽn mạch sẽ xảy ra.Hậu quả là thời gian
đ
áp
ứ
ng của mạng
chậm,thời gian tải tập tin lâu hơn và làm giảm năng suất làm việc c
ủ

a
người sử
dụng.
Đ
ể

giải quyết tình trạng nghẽn mạch này,bạn cần phải có nhiều băng
thông h
ơ
n
hoặc là phải sử dụng lượng băng thông
đ
ang
có một cách hiệu quả
hơn.
Hình 4.1.5.a.Cán cân phải cân bằng giữa băng thông mạng và nhu cầu của

ng
ư
ờ
i dùng cùng
với các
ứ
ng
dụng chạy trên mạng
336

Hình 4.1.5.b.Băng thông và các nhu cầu của các ứng dụng khác
4.1.6.Thời gian trễ trên mạng
-Thời gian trễ là khoảng thời gian gói dữ liệu di chuyển từ máy nguồn tới máy

đ
ín
h.Việc xác
đ
ị
nh
thời gian trễ của
đ
ư
ờ
ng
đ
i
giữa nguồn và
đ
ính
trong LAN và
WAN là rất quan trọng.Trong mạng Ethernet LAN ,nắm
đ
ư
ợ
c
thời gian trễ và
các tác
đ
ọ
ng
của nó là rất quan trọng
đ
ể

quyết
đ
ị
nh
thời gian CSMA/CD phát
hiện
đ
ụ
ng
đ
ộ

và thoả thu
ậ
n
truyền lại.
-Có ít nhất 3 nguồn gây ra trễ:
337

-Đầu tiên là thời gian mà NIC
ở

máy nguồn phát tín hiệu
đ
i
ệ
n
xuống
đ

ư
ờ
ng
dây
và thời gian
đ
ể

NIC
ở

máy thu nhận biết
đ
ư
ợ
c
các xung
đ
i
ệ
n.Kho
ả
ng
thời gian
này gọi là khoảng thời gian của NIC,khoảng us
đ
ố
i
với 10BASE-T NIC.
-Thứ hai là khoảng thời gian tín hiệu lan truyền trên

đ
ư
ờ
ng
dây.Thời gian này
khoảng 0,556 us trên 100m cáp UTP CAT5.Cáp càng dài và vận tốc truyền
càng ch
ậ
m
thì thời gian trễ này càng lớn.
-Th
ứ

ba là thời gian trễ do các thiết bị mạng lớp 1 lớp 2 lớp 3 dọc trên
đ
ư
ờ
ng
đ
i

giữa hai máy nguồn và
đ
ích.

-Thời gian trễ không phụ thuộc hoàn toàn vào khoảng cách và số lượng thiết bị
mạng.Ví dụ :Nếu 3 Switch giữa 3 máy trạm
đ
ư
ợ

c
cấu hình
đ
úng
thì thời gian trễ
giữa hai máy trạm sẽ ít hơn là nếu giữa chúng
đ
ặ
t
một Router vì router thực
hiện chức năng phức tạp hơn,cần nhiều thơi gian xử lý hơn.Router phải xử lý
dữ liệu
ở

lớp 3 chứ không phải dữ liệu
ở

lớp 2 như Switch
4.1.7.Thời gian truyền của Ethernet 10Base-T
-Tất cả các mạng
đ
ề
u
có một thời bit hay còn gọi là một khe thời gian.Nhiều kỹ
thuật LAN như Ethernet chẳng hạn,
đ
ị
nh
nghĩa thời bit là một
đ

ơ
n
vị thời gian
đ
ể

truyền
đ
i
một bit.
Đ
ể

cho một thiết bị
đ
i
ệ
n
hay quang nhận ra
đ
ư
ợ
c
tín hiệu
là bit 0 hay bit 1 thì phải có một khoảng thời gian tối thiểu là khoảng thời gian
của một bit.
-Thời gian truyền
đ
ư
ợ

c
tính bằng số lượng bit gửi
đ
i
nhân với thời bit tương
ứ
ng
của kỹ thuật mà bạn
đ
ang
sử dụng.Hay nói cách khác,thời gian truyền là
khoảng thời gian truyền hết một gói dữ liệu.Do
đ
ó
gói dữ liệu càng dài thì
khoảng thời gian này càng dài.
-M
ỗ
i một bít trong mạng Ethernet 10Mb/s có thời gian truyền là 100ns.
Đ
ây

chính là thời bit.Một byte bằng 8 bit .Do
đ
ó,m
ộ
t
byte cần tối thiểu 800ns
đ
ể

truyền hết.Một frame có 64 byte là frame nhỏ nhất hợp lệ của 10Base-T càn
51.200 ns(51,2us) Như vậy ,nếu truyền một frame có 1000 byte thì máy nguồn
cần 800us mới phát xong frame này.Tổng thời gian thực sự
đ
ể

frame
đ
i
đ
ư
ợ
c
tới
máy
đ
ích
còn phụ thuộc vào nhiều nguồn gây trễ khác trên mạng như:
+thơi gian trễ của NIC
338

+Thời gian trễ do lan truyền trên
đ
ư
ờ
ng
cáp
+Thời gian trễ do các thiết bị lớp 1,lớp 2 và lớp 3 dọc trên
đ

ư
ờ
ng
đ
i

4.1.8. Ích lợi của việc sử dụng Repeater

-Khoảng cách mà một mạng LAN có thể bao phủ bị giới hạn và sự suy hao của
tín hiệu.Khi tín hiệu di chuyển trên mạng nó sẽ bị suy hao do trở kháng của cáp
hay của môi trường truyền làm tiêu hao năng lượng tín hiệu . Ethernet Repeater
là một thiết bị hoạt
đ
ộ
ng
ở

lớp vật lý,nó khuếch
đ
ạ
i
và tái tạo lại tín hiệu trong
Ethernet LAN.Khi bạn sử dụng repeater
đ
ể

mở rộng khoảng cách của một
LAN,mạng LAN này có thể bao phủ lênmột phạm vi lớn hơn và có nhiều người
dùng hơn cùng chia sẻ mạng này.Tuy nhiên,việc sử dụng repeater và hub lại tạo
ra một vấn

đ
ề

về quảng bá và
đ
ụ
ng
đ
ộ

làm giảm hiệu quả hoạt
đ
ộ
ng

của mạng
LAN có môi trường truyền chia sẻ.
339

+Repeater là một thiết bị lớp 1 thực hiện khuếch
đ
ạ
i,tái
tạo lại tín hiệu và
truyền
đ
i

+Repeater cho phép kéo dài khoảng cách từ
đ

ầ
u
cuối -đến -đầu cuối
+Repeater làm tăng kích thước của miền
đ
ụ
ng
đ
ộ

và miền quảng bá
Hình:4.1.8.b.Mở rộng môi trường chia sẻ mạng LAN bằng repeater
4.1.9.Truyền song công

-Ethernet song công cho phép truyền một gói dữ liệu
đ
ồ
ng
thời nhận một gói dữ
liệu khác tại cùng một thời
đ
i
ể
m.Vi
ệ
c
truyền và nhận song song
đ
ồ
ng

thời này
yêu cầu sử dụng hai cặp dây khác nhau trong cáp và chuyển mạch kết nối giữa
hai máy.Kết nối này phải
đ
ư
ợ
c
xem như kết nối
đ
i
ể
m
-nối -điểm và hoàn toàn
không có
đ
ụ
ng
đ
ộ
.Vì
cả hai node có thể truyền và nhận
đ
ồ
ng
thời nên không
còn việc thỏa thuận sủ dụng băng thông. Ethernet song công có thể sử dụng cấu
trúc cáp
đ
ax
có nếu như môi trường truyền thỏa mãn

đ
ư
ợ
c
những tiêu chuẩn
Ethernet tối thiểu.
Đ
ể

truyền và nhận
đ
ồ
ng
thời, mỗi node phải kết nối vào một port riêng trên
switch. Kết nối song công có thể sử dụng chuẩn môi trường truyền của
10BASE-T, 100BASE-T hoặc 100BASE-FX
đ
ể

tạo kết nối
đ
ii
ể
m
-
n
ố
i
-
đ

i
ể
m.

NIC trên t
ất cả thiết kế nối vào mạng phải có khả năng song công.
Ethernet switch song công vận dụng
ư
u
đ
i
ể
m
của hai cặp dây riêng rẽ trong cáp
đ
ể

tạo kết nối trực tiếp giữa chân truyền (Tx)
ở

một
đ
ầ
u
với chân thu (Rx0
ở

đ
ầ
u

kia. Khi hai máy
đ
ư
ợ
c
kết nối như vậy sẽ tạo ra môi trường truyền không
có
đ
ụ
ng
đ
ộ
,
việc truyền và nhận dữ kiệu
đ
ư
ợ
c
thực hiện trên hai mạc
đ
i
ệ
n
của
hai cặp dây riêng biệt trong sơi cáp.
Trong mạng băng thông 10Mb/s trước
đ
ây,
Ethernet chỉ sử dụng khoảng 50% -
60% lượng băng thông do

đ
ụ
ng
đ
ộ

và thời gian trễ. Ethernet song công có thể
sử dụng 100% băng thông trên cả hai chiều, mỗi chiều Tx và Rx bạn có
10Mb/s, tổng cộng là bạn có thông lượng 20Mb/s.
340

Gp ụi bng thụng gia hai node.

Truyn khụng cú ng .

Hai ng 10Mb/s hay 100Mb/s.

4.2. Giới thiệu về chuyển mạch LAN

4.2.1. Phân đoạ
n mạng LAN

Một hệ thống mạng có thể chia thành nhiều đơn vị nhỏ hơn gọi là segmnet.

Hình 4.2.1. là một ví dụ về phân đoạn Mạng Ethernet. Toàn bộ hệ thống mạng có

15 máy tính, trong đó có 6 server và 9 máy trạm. Mỗi segment sử dụng phơng
pháp truy cập CSMA/CD và duy trì lu lợng trong segment đó. Mỗi segment là
một miền đụng độ riêng.

Việc phân đoạn mạng cho phép phạm vi nghẽn mạch đợc thu nhỏ trong
phạm vi từng segment. Khi dữ liệu đợc truyền đi trong một segment, các thiết bị
341

trong cùng segment đó chia sẻ toàn bộ băng thông của segment đó. Dữ liệu đợc
truyền giữa các segment sẽ đợc truyền lên đờng trục chính của mạng.

4.2.2. Phân đoạn của mạng bridge

Bridge là một thiết bị Lớp 2 thực hiện chuyển gói dựa trên địa chỉ MAC. Khi

bridge nhận frame vào từ một port, bridge sẽ đọc địa chỉ MAC, của máy gửi để

nhận biết đợc thiết bị nàop kết nối với port đó. Từ đó bridge xây dựng đợc bảng
chuyển mạch, trển đó ánh xạ từ địa chỉ MAC ra port tơng ứng. Những gói dữ liệu
nào không cần chuyển ra segment thì bridge sẽ chặn các gói đó lại.

Mặc dù hoạt động của bridge là trong suốt đối với các thiết bị mạng khác

nhng thời gian trễ vân tăng lên khoảng 10% đến 30% khi sử dụng bridge. Thời
gian trễ này là thời gian để bridge xử lý và quyết định chuyển gói. Bridge là một

thiết bị chuyển mạch dạng store and-forward.

Với kiểu chuyển mạch này, bridge phải kiểm tra địa chỉ đích và tính toán

CRC (Cyclic Redundancy Check) để kiểm tra lỗi frame rồi mới chuyển frame đi.

Nếu port đích đang bận thì bridge có thể tạm thời lâu frame cho đến khi port đích

đợc giải phóng.
342

Phân đoạn mạng bằng bridge giúp giảm số lợng ngời dùng trên một

segment.

bridge nhận frame, giữ frame rồi chuyển frame đi dựa theo địa chỉ Lớp 2.

343

Không phụ thuộc vào giao thức Lớp 3

Tăng thời gian trễ trên mạng.

4.2.3. Phân đoạn mạng bằng router.

Phân đoạn mạng bằng router sẽ làm tăng thời gian trễ của mạng lên 20% đến

30%. Thời gian trễ này cao hơn bridge vì router hoạt động ở lớp Mạng và sử dụng

địa chỉ IP để quyết định chọn đờng tốt nhất đến máy đích.
Bridge và switch chỉ phân đoạn mạng trong một mạng đơn nay trong một

subnet thôi. Còn router cung cấp kết nối giữa các mạng và các subnet với nhau.

Router không chuyển gói quảng bá trong khi swich và bridge bắt buộc phải

chuyển gói quảng cáo.

344

- Dễ quản lý hơn, chức năng nhiều hơn, nhiều đờng đi hơn
- Thu nhỏ khích thớc miền quảng bá

- Hoạt động ở lớp 3

4.2.4. Phân đoạn mạng bằng switch

Chuyển mạch LAN giúp giảm đi tình trạng thiếu hụt băng thông và nghẽn

mạch. Switchsẽ phân đoạn mạng LAN thành các vi đoạn (microsegment), thu nhỏ

tối đa kích thớc miền đụng độ. Tuy nhiên tất cả các host kết nối vào một switch

vẫn nằm trong cùng một miền quảng bá.