Nghiên cứu tìm hiểu về các thiết bị mạng

MỤC LỤC

PHẦN 1: TÌM HIỂU VỀ CÁC THIẾT BỊ KẾT NỐI MẠNG
1.1.

Repeater (Bộ lặp tín hiệu)
Repeater là thiết bị làm nhiệm vụ khuếch đại, phục hồi các tín hiệu đã suy thoái do
tổn thất năng lượng trong khi truyền.

Hình 1.1: Repeater
1.1.1. Nguyên tắc hoạt động

Repeater là một thiết bị ở lớp 1 (Physical Layer) trong mô hình OSI. Repeater có
vai trò khuếch đại tín hiệu vật lí đầu vào và cung cấp năng lượng cho tín hiệu ở đầu ra
để có thể đến được những chặng đường tiếp theo trong mạng. Các nhu cầu truyền tín
hiệu đi xa đều cần sử dụng Repeater.


Hình 1.2: Hoạt động của Repeater trong OSI
- Hoạt động ở lớp vật lý.
- Repeater chỉ được dùng để nối hai mạng có cùng giáo thức (như 2 mạng Ethernet,

…) và không thể nối 2 mạng có giao thức khác nhau.
•

Cấu trúc hoạt động
- Khi máy A phát thông tin lên đường truyền, thông tin sẽ theo đường truyền
để đến C và Repeater. Khi thông tin truyền đến máy C tín hiệu có thể bị yếu
nếu đường dây dài, máy C có thể sẽ không hiểu được hết những thông tin
mà máy A truyền tải. Nhưng đối với đường truyền đến Repeater, khi tín hiệu
được truyền vào 1 cổng của Repeater, tín hiệu sẽ được lặp lại nhiều lần và

được khuếch đại hồi phục lại tín hiệu rồi truyền tín hiệu qua đầu kia tới máy
B. Với cách này chiều dài của mạng sẽ được tăng.

Hình 1.3: Quá trình xử lý trên Repeater.


1.1.2. Các yếu tố kỹ thuật

Hiện nay có 2 loại Repeater đang được sử dụng là Repeater điện và Repeater điện
quang.
•

Repeater điện nối với đường dây điện ở cả hai phía của nó, nó nhận tín hiệu
điện từ một phía và phát lại về phía bên kia. Sử dụng Repeater điện để nối
các phần của mạng lại có thể làm tăng khoảng cách của mạng, nhưng bị hạn
chế với một khoảng cách tối đa do độ trễ của tín hiệu. Ví dụ với mạng sử

dụng cáp đồng trục 50 thì khoảng cách tối đa là 2,8km.
• Repeater điện quang liên kết với một đầu cáp quang và một đầu là cáp điện.
Nó chuyển tín hiệu điện từ cáp quang để phát ra tín hiệu cáp quang và
ngược lại. Việc sử dụng Repeater điện quang cũng làm tăng thêm chiều dài
của mạng.

1.2.

Hub (Bộ tập trung)
Hub là một trong những yếu tố quan trọng nhất của LAN, đây là điểm kết nối dây
trung tâm của mạng, tất cả các trạm trên mạng LAN được kết nối thông qua Hub. Một
Hub có từ 4 đến 24 cổng và có thể còn nhiều hơn. Khi cấu hình mạng là hình sao (Star
topology), Hub đóng vai trò là trung tâm của mạng.

1.2.1. Hoạt động

Tín hiệu được phân phối đến tất cả các kết nối. Mỗi cổng hỗ trợ một bộ kết nối
dùng cặp dây xoắn 10BASE-T từ mỗi trạm của mạng. Khi tín hiệu được truyền từ 1
trạm tới Hub, nó sẽ được lặp lại trên các cổng khác. Các Hub thông minh có thể định
danh, kiểm tra, cho phép hoặc không cho phép bởi người điều hành mạng từ trung tâm
quản lí Hub.


Hình 1.4: Hoạt động của Hub trong OSI

1.2.2. Phân loại Hub
•

Phân loại theo phần cứng:

+HUB ĐƠN (Stand Alone Hub)
+HUB MODUN (Modular Hub) rất phổ biến cho các hệ thống mạng vì nó có thể
dễ dàng mở rộng và luôn có chức nǎng quản lý, modular có từ 4 đến 14 khe
cắm, có thể lắp thêm các modun Ethernet 10BASET.
+HUB PHÂN TẦNG (Stackable Hub) lý tưởng cho những cơ quan muốn đầu tư
tối thiểu ban đầu nhưng lại có kế hoạch phát triển LAN sau này.

•

Phân loại theo khả năng thực thi:
+ HUB THỤ ĐỘNG (Passive Hub): Đảm bảo chức năng kết nối, không xử lí lại
tín hiệu.
→ Không chứa các linh kiện khuếch đại tín hiệu.
→ Khoảng cách giữa một máy tính và Hub không lớn hơn ½ khoảng cách tối đa

cho phép giữa các máy tính trên mạng (giữa các máy tính trên mạng là 200m
thì khoảng cách tối đa giữa máy tính và Hub là 100m).
+HUB CHỦ ĐỘNG (Active Hub):Có khả năng khuếch đại tín hiệu để chống suy
hao.
→ Chứa các linh kiện có khả năng xử lí các tín hiệu dữ liệu giữa các thiết bị
mạng.


→ Quá trình xử lý tín hiệu được gọi là tái sinh tín hiệu, giúp mạng khỏe hơn, ít
nhạy cảm với lỗi, tang khoảng cách giữa các máy tính.
+ HUB THÔNG MINH (Intelligent Hub): Là Hub chủ động nhưng có thêm chức
năng quản trị Hub giúp cho việc quản trị mạng dễ dàng hơn.
+ HUB CHUYỂN MẠCH (Switching Hub):Nó bao gồm các mạch cho phép chọn
đường rất nhanh cho các tín hiệu giữa các cổng trên Hub. Thay vì chuyển tiếp
1 gói tin tới tất cả các cổng của Hub thì nó chỉ chuyển tiếp các gói tin tới trạm
đích của gói tin. Khả năng định hướng của thiết bị này rất nhanh.

1.3.

Switch (Bộ chuyển mạch)
Là thiết bị dùng để kết nối các đoạn mạng với nhau theo hình sao (Star). Theo mô
hình này, Switch đóng vai trò là thiết bị trung tâm. Switch làm việc như một Bridge
nhiều cổng. Trong khi 1 Bridge chỉ có 2 cổng để liên kết 2 segment mạng với nhau thì
Switch lại có khả năng kết nối được nhiều segment lại với nhau tùy thuộc vào số
cổng(port) trên Switch.

Hình 1.5: Switch
1.3.1. Hoạt động

Trong mô hình tham chiếu OSI, Switch hoạt động ở tầng liên kết dữ liệu, ngoài ra

có một số loại Switch cao cấp hoạt động ở tầng mạng.
Nhiệm vụ của Switch là chuyển tiếp các khung từ nhánh mạng này sang nhánh
mạng khác một cách có chọn lọc dựa vào địa chỉ MAC của các máy tính. Để làm được
điều này Switch cần phải duy trì trong bộ nhớ một bảng địa chỉ cục bộ chứa vị trí của
tất cả các máy tính trong mạng. Mỗi máy tính sẽ chiếm một mục trong bảng địa chỉ.


Mỗi Switch có một dung lượng bộ nhớ giới hạn và điều đó xác định khả năng phục vụ
tối đa của một Switch.
Switch giữa bảng địa chỉ MAC của mỗi cổng và thực hiện giao thức SpanningTree.

Hình 1.6: Hoạt động của Switch trong OSI
Switch "học" thông tin của mạng thông qua các gói tin (packet) mà nó nhận được
từ các máy trong mạng. Switch sử dụng các thông tin này để xây dựng lên bảng
Switch, bảng này cung cấp thông tin giúp các gói thông tin đến đúng địa chỉ.
Switch ghi nhớ địa chỉ MAC của tất cả thiêt bị kết nối tới nó (A,B,C,D,…). Khi
máy A phát tín hiệu lên Switch, Switch sẽ xác nhận cổng nào cần được gửi tới và phát
tín hiệu qua cổng đó tới máy nhận.
Ngày nay, trong các giao tiếp dữ liệu, Switch thường có 2 chức năng chính là
chuyển các khung dữ liệu từ nguồn đến đích và xây dựng các bảng Switch. Switch hoạt
động ở tốc độ cao hơn nhiều so với Repeater.
1.4.

Router (Bộ định tuyến)
Router là một thiết bị mạng máy tính dùng để chuyển các gói dữ liệu qua một liên
mạng và đến các đầu cuối, thông qua một tiến trình được gọi là định tuyến. Định tuyến
xảy ra ở tầng 3 tầng mạng của mô hình OSI. Router có thể nối nhiều mạng với nhau và
cho phép các gói tin có thể đi theo nhiều đường khác nhau để tới đích.

Hình 1.7: Router Asus RT-AC5300

1.4.1. Phân loại Router
-

Router có phụ thuộc giao thức: Chỉ thực hiện việc tìm đường và truyền gói tin từ mạng
này sang mạng khác chứ không chuyển đổi phương cách đóng gói của gói tin cho nên

-

cả hai mạng phải dùng chung một giao thức truyền thông.
Router không phụ thuộc vào giao thức: có thể liên kết các mạng dùng giao thức truyền
thông khác nhau và có thể chuyển đôi gói tin của giao thức này sang gói tin của giao
thức kia, Router cũng chấp nhận kích thức các gói tin khác nhau (Router có thể chia
nhỏ một gói tin lớn thành nhiều gói tin nhỏ trước truyền trên mạng).

1.5.

Gateway
1.5.1. Gateway và hoạt động của Gateway

Gateway cho phép nối ghép hai mạng khác giao thức. Ví dụ: mạng sử dụng giao
thức IP với mạng sử dụng giao thức IPX, Novell, DECnet, SNA...


Hình 1.10:Hoạt động của GateWay.
Gateway làm việc ở tầng thứ 7- tầng ứng dụng (Application) trong mô hình
OSI.Hoạt động của Gateway phức tạp hơn Router nên thông suất của nó thường chậm
hơn và thường không dùng nối mạng LAN -LAN.

Hình 1.11: Hoạt động của GateWay trong OSI.

1.5.2. Một số chức năng của Gateway
- Chức năng kết nối các giao thức điều khiển cuộc gọi.
- Chức năng giao diện mạng chuyển mạch gói: kết cuối mạng chuyển mạch gói.


- Chức năng bảo mật kênh báo hiệu: đảm bảo tính bảo mật của kênh báo hiệu nối

với thiết bị đầu cuối.
- Chức năng quản lý: giao tiếp với hệ thống quản lý mạng.
- Chức năng ghi các bản tin sử dụng: xác định hoặc ghi lại các thông tin về sự
kiện (truy nhập, cảnh báo) và tài nguyên.

1.6.

Wireless Access Point (AP - Điểm truy cập không dây)
Trong mạng máy tính, điểm truy cập không dây là một thiết bị phần cứng cho phép
một thiết bị phù hợp kết nối với mạng có dây. Wireless Access Point thường kết nối với
một Router (thông qua một mạng có dây) hoạt động như một thiết bị độc lập, nhưng nó
cũng có thể là một phần không thể thiếu của Router.
Khi thiết lập 1 mạng lưới máy tính trong một doanh nghiệp, trường học hay bệnh
viện,… thường dùng nhiều dây cáp kết nối để giúp truy cập mạng cho tất cả các thiết bị
hỗ trợ mạng trong tòa nhà. Với sử dụng các điểm truy cập không dây, người ta thêm các
thiết bị truy cập mạng với ít hoặc không có dây cáp . Một Wireless Access Point thường
kết nối trực tiếp với một Ethernet sau đó Wireless Access Point cung cấp các kết nối
không dây sử dụng tần số vô tuyến. Các Wireless Access Point hỗ trợ kết nối nhiều thiết
bị không dây với một kết nối có dây. Tóm lại nhiệm vụ chính của Wireless Access Point
là kết nối tất cả máy không dây và có dây trong nhà vào chung một hệ thống LAN.
Hình 1.12:

Mô hình

mạng không

dây kết nối

với mạng có

dây

Hình 1.13:

Mô hình 2

mạng có

dây kết nối

với nhau
thông qua mạng không dây

1.6.1. Hoạt động


Có 3 chế độ (Mode) hoạt động chính:
 ROOT Mode

Root mode được sử dụng khi AP được kết nối với mạng có dây (thường là
Ethernet). Khi một AP được kết nối với dây mạng thông qua cổng Ethernet của

nó, nó sẽ được cấu hình để hoạt động trong Root Mode. Trong Root Mode, các
AP được kết nối với cùng một hệ thống dây có thể nói giao tiếp được với nhau.
Các client không dây có thể giao tiếp với các client không dây khác nằm trong
những vùng phủ sóng của AP khác thông qua AP tương ứng mà chúng kết nối
vào, sau đó các AP này sẽ giao tiếp với nhau thông qua phân đoạn có dây.

Hình 1.14: ROOT Mode
 Repeater Mode

Trong Repeater Mode, AP cung cấp một đường kết nối không dây vào mạng có
dây thay vì một kết nối có dây bình thường. Trong hình dưới, một AP là một
Root AP và AP còn lại hoạt động như một Repeater không dây. AP Repeater
Mode kết nối với các client và kết nối với AP Root Mode như là một client.


Hình 1.15: Repeater Mode
 Bridge Mode

Trong Bride Mode, AP giống với một Bridge không dây. Client không kết nối
với Bridge, Bridge được sử dụng để kết nối 2 hoặc nhiều đoạn mạng có dây lại
với nhau bằng kết nối không dây

Hình 1.16: Brigde Mode

1.6.2. Chuẩn mạng không dây phổ biến hiện nay
•

Chuẩn 802.11a (Chuẩn A) : Tốc độ tối đa 54Mbps trong phạm vi 25m, tần
số hoạt động 5GHz.

•

Chuẩn 802.11b (Chuẩn B) : Tốc độ tối đa trong việc truyền tải dữ liệu là

•

11Mbps trong phạm vi 35-45m. Chuẩn B hoạt động ở tần số 2.4GHz.
Chuẩn 802.11g (Chuẩn G) : Tốc độ truyền tải lên tới 54Mbps trong phạm

vi 35-45m. Tần số hoạt động 2.4GHz
• Chuẩn 802.11n (Chuẩn N) : Tốc độ tối đa 300Mbps, sử dụng công nghệ
MIMO với nhiều sóng vô tuyến để truyền và nhận dữ liệu trên nhiều kênh 1
lúc. Đây là thế hệ mới nhất trong công nghệ mạng không dây hiện nay.


1.6.3. Hoạt động
- Định tuyến (Routing): Là chức năng đảm bảo gói tin được chuyển chính xác tới

địa điểm cần đến.
- Chuyển mạch các gói tin (Packet Switching): Là chức năng chuyển mạch số liệu

truyền tải các gói tin theo hướng đã định trên cơ sở các định tuyến được đặt ra.
Các giao tiếp chủ yếu:
+ Giao tiếp WAN: Đảm bảo cho các kết nối diện rộng thông qua các phương
thức truyền thông khác nhau
+ Giao tiếp LAN: Đảm bảo cho các kết nối mạng cục bộ kết nối đến các vùng
cung cấp dịch vụ trên mạng
+ Console/AUX: Là cổng tuần tự sử dụng để khởi tạo cấu hình ban đầu của
Router

Router có địa chỉ riêng biệt và nó chỉ tiếp nhận và xử lý các gói tin gửi đến nó. Khi
một trạm muốn gửi gói tin qua Router thì nó phải gửi gói tin với địa chỉ trực tiếp của
Router (trong gói tin đó phải chứa các thông tin khác về đích đến). Khi gói tin đến
Router thì Router mới xử lý và gửi tiếp.
Khi xử lý một gói tin Router phải tìm được đường đi của gói tin qua mạng. Để làm
được điều đó Router phải tìm được đường đi tốt nhất trong mạng dựa trên các thông tin
nó có về mạng, thường trên mỗi Router có một bảng chỉ đường (Router table). Dựa
trên dữ liệu về Router gần đó và các mạng trong liên mạng, Router tính được bảng chỉ
đường (Router table) tối ưu dựa trên một thuật toán xác định trước.


Hình 1.8: Hoạt động của Router trong OSI
Trong 1 mạng diện rộng thường có nhiều đường đi khác nhau cho cùng 1 đích đến.
Ta xét ví dụ A gửi đến C một gói tin: Gói tin được chuyển đến Router R1 và được lưu
vào hàng đợi các gói tin chờ được chuyển đi của R1. Khi 1 gói tin đến lượt được xử lý,
Router sẽ xác định đích đến của gói tin từ đó tìm ra Router kế tiếp để có thể chuyển gói
tin đi đến đích. Router R1 có 2 đường đi 1 nối đến RouterR2 và 1 nối đến R3. Khi đã
chọn xong đường đi, Router R1 chuyển gói tin từ hàng đợi ra đường đã chọn. Cứ như
thế gói tin sẽ được chuyển từ Router này sang Router khác cho đến khi đến được mạng
chứa máy tính nhận và được nhận bởi máy tính nhận.

Hình 1.9: Hoạt động của Router


1.6.4. Phương thức hoạt động
-

Phương thức véc tơ khoảng cách: mỗi Router luôn luôn truyền đi thông tin về bảng chỉ
đường của mình trên mạng, thông qua đó các Router khác sẽ cập nhật lên bảng chỉ

-

đường của mình.
Phương thức trạng thái tĩnh: Router chỉ truyền các thông báo khi có phát hiện có sự
thay đổi trong mạng vàchỉ khi đó các Routerkhác cập nhật lại bảng chỉ đường, thông
tin truyền đi khi đó thường là thông tin về đường truyền.