LAN và WAN
LAN là hệ thống mạng được sử dụng để kết nối các máy tính
trong một phạm vi nhỏ, để chia sẻ tài nguyên. Phạm vi thường có bán kính nhỏ
hơn vài trăm mét. Vì vậy, mạng LAN thường được sử dụng để kết nối các thiết bị
trong cùng một phòng, một tòa nhà hoặc một khuôn viên trường học (campus).
Mạng LAN là một hệ thống thường xuyên kết nối, không như
mạng quay số (dial-up) hoặc các mạng khác cần phải khởi tạo kết nối mỗi khi cần
truyền dữ liệu.
Mạng LAN thường do các tổ chức, công ty thiết lập và sở hữu.
Chi phí truyền dữ liệu trong mạng LAN không cao. Hiện nay, có rất nhiều công nghệ
mạng LAN đang được sử dụng, ví dụ:
-
Ethernet và IEEE802.3, truyền dữ liệu ở tốc độ 10 Mbps,
sử dụng công nghệ CSMA/CD (carrier sense multiple access collision detect). Khi
một thiết bị CSMA/CD cần truyền dữ liệu, nó sẽ lắng nghe xem có thiết bị nào
(multiple access) sử dụng đường truyền (carrier sense) hay không. Nếu không có,
nó sẽ bắt đầu gửi dữ liệu, và luôn luôn lắng nghe trong suốt quá trình truyền
(collision detect), để nếu có thiết bị khác cũng gửi ra ở cùng thời điểm thì cả
hai thiết bị đều phải bắt đầu lại việc lắng nghe và gửi lại gói dữ liệu, pha
truyền trước xem như thất bại.
-
Fast Ethernet, truyền dữ liệu ở tốc độ 100 Mbps, được
đặc tả trong IEEE802.3u, sử dụng công nghệ CSMA/CD.
-
Gigabit Ethernet, truyền dữ liệu ở tốc độ 1 Gbps, được
đặc tả trong IEEE802.3z và 802.3ab, sử dụng công nghệ CSMA/CD.
-
Wireless LAN (WLAN), mạng LAN không dây, được đặc tả
trong IEEE802.11, tốc độ truyền dữ liệu 54Mbps đối với chuẩn 802.11g. Và 150Mbps
đối với chuẩn 802.11n. WLAN sử dụng công nghệ CSMA/CA (carrier sense multiple
access collision avoidance).
Hình sau minh họa một số chuẩn mạng LAN và WAN.
Mạng WAN được sử dụng để kết nối các mạng LAN cách
xa nhau. Tốc độ truyền dữ liệu trên mạng WAN chậm hơn so với mạng LAN, và
thường yêu cầu động tác kết nối trước khi truyền dữ liệu, mạng WAN được sở hữu
bởi các công ty cung cấp dịch vụ (service provider). Bạn phải trả phí cho nhà
cung cấp dịch vụ khi sử dụng mạng WAN. Phí có thể trả cố định theo tháng, hoặc
thay đổi tùy theo lượng sử dụng và khoảng cách.
Cũng như mạng LAN, mạng WAN hiện tại cũng có rất nhiều công
nghệ đang được sử dụng. Mạng
WAN được đặc tả tại hai tầng thấp
của mô hình OSI. Một số ít được đặc tả ở tầng 3 (ví dụ ISDN). Các công nghệ
mạng WAN cung cấp cho khách hàng phụ thuộc vào hạ tầng thiết bị hiện có, giá
thành triển khai dịch vụ. Một số công nghệ WAN phổ biến:
-
Mạng chuyển mạch gói (packet-switched network): hệ
thống mạng cho phép chia sẻ hạ tầng của nhà cung cấp dịch vụ. Nhà cung cấp dịch
vụ tạo ra các mạch ảo cố định và các mạch ảo tạm thời để truyền dữ liệu giữa
các vùng thuê bao khác nhau. Ví dụ, Frame Relay là mạng chuyển mạch gói.
-
Mạng leased line: là kết nối điểm tới điểm (point - to -
point) được dành riêng cho mục đích truyền dữ liệu; được các công ty, tổ chức thuê
riêng từ nhà cung cấp dịch vụ. Công nghệ sử dụng trong hệ thống mạng này là PPP
và HDLC (High-Level Data Link Control).
-
Mạng chuyển mạch mạch hay chuyển mạch kênh (circuit-switched
network): là đường kết nối vật lý dành riêng trong suốt quá trình truyền dữ liệu
giữa hai vị trí. Ví dụ: công nghệ ISDN BRI (Basic Rate Interface).
-
Mạng DSL: sử dụng băng thông không dùng đến của đường
truyền thoại truyền thống để truyền dữ liệu với tốc độ cao hơn so với mạng quay
số (dial up) trước đây. Công nghệ được sử dụng phổ biến hiện nay là ADSL. ADSL
là công nghệ DSL bất đối xứng (asymmetric), nghĩ là tốc độ tải dữ liệu xuống
(download) nhanh hơn rất nhiều so với tốc độ tải dữ liệu lên (upload) (thường
là 8:1). Công nghệ mạng này phù hợp với nhu cầu sử dụng của đa số người dùng.
ADSL cho phép cùng một lúc vừa thực hiện gọi điện thoại vừa sử dụng Internet.
Cả hai dùng chung một đường dây điện thoại.
-
Cable: sử dụng phần băng thông không dùng đến của mạng
truyền hình cáp đề truyền dữ liệu với tốc độ cao hơn so với mạng quay số truyền
thống.
Các thiết bị mạng
Các thiết bị mạng chủ yếu được sử dụng gồm: hub, switch, và
router.
Một số thuật ngữ liên quan đến hoạt động của các thiết bị
mạng: domain, bandwidth, unicast, multicast.
-
Domain: là tập hợp các máy tính cụ thể nào đó của một
mạng.
-
Bandwidth: băng thông mạng, cho biết lượng dữ liệu
truyền qua một hệ thống mạng trong một đơn vị thời gian.
-
Unicast: chỉ truyền cho một thiết bị cụ thể.
-
Broadcast: truyền cho tất cả các thiết bị trong một
phạm vi cụ thể; quá trình này cần dùng tới một địa chỉ đặc biệt gọi là địa chỉ
broadcast.
-
Multicast: truyền cho một nhóm thiết bị cụ thể nào đó;
quá trình này cũng cần sử dụng địa chỉ đặc biệt.
-
Bandwidth domain (collision domain trong mạng
Ethernet): là một tập hợp các thiết bị mà có chia sẻ băng thông với nhau.
-
Broadcast domain: là một tập hợp các thiết bị có thể
nhận broadcast (có thể cả multicast) từ các thiết bị khác.
Hai thiết bị nằm trong cùng một collision domain thì chắc
chắn cũng nằm cùng trong một broadcast domain. Tuy nhiên, hai thiết bị cùng nằm
trong một broadcast domain thì chưa chắc đã cùng nằm trong cùng một bandwidth
domain.
Hub
Mạng Ethernet LAN thường sử dụng cáp UTP và đầu nối RJ45, vì
cáp này chỉ có hai đầu, do vậy, chỉ kết nối được hai máy tính lại với nhau, nếu
muốn kết nối nhiều hơn hai máy tính thì phải sử dụng thêm thiết bị khác để kết
nối. Thiết bị đó là hub.
Hub làm việc ở tầng 1. Về mặt logic hub biến các thiết bị có
kết nối với nó thành một khối trong mạng LAN.
Đối với hub, switch, hoặc router, cổng kết nối của các thiết
bị này gọi là port hoặc interface. (lưu ý, khái niệm port này khác với number
port trong bộ giao thức TCP/IP).
Hub không phải là một thiết bị thông minh, khi nó nhận được
dữ liệu trên một cổng bất kì, nó sẽ gửi dữ liệu đó tới tất cả các cổng còn lại.
Do vậy, các thiết bị có kết nối tới hub sẽ nhận được mọi thứ mà các thiết bị
khác gửi, cho dù dữ liệu đó là gửi cho nó hay không? Mạng kết nối bằng hub
giống như trong một phòng đông người, nếu chỉ có mình bạn nói thì những người
khác có thể nghe bạn, tuy nhiên nếu có nhiều hơn một người nói thì sẽ tạo thành
các tiếng ồn trong phòng.
Các thiết bị kết nối với hub tạo thành một collision domain
và một broadcast domain.
Hub có thể coi là
một repeater.
Switch
Trường hợp có nhiều người trong một phòng cùng nói một lúc sẽ
dẫn tới không ai nghe được của ai, cũng giống như các máy tính được đấu nối vào
một hub. Để khắc phục hạn chế này các mạng LAN thường sử dụng switch layer 2
thay cho hub.
Switch cũng có chức năng đấu nối như hub, tuy nhiên, có một
ưu điểm là switch cho phép các kết nối tới nó có thể thực hiện giao tiếp đồng
thời mà không ảnh hưởng đến các kết nối khác.
Switch hoạt động ở tầng 2 của mô hình OSI, thông minh hơn
hub, switch chỉ gửi dữ liệu tới đúng cổng mà dữ liệu cần đi tới, các cổng còn
lại không được nhận dữ liệu này, điều này làm giảm việc gửi dữ liệu dư thừa tới
các cổng còn lại.
Switch đọc địa chỉ MAC nguồn và đích của frame, và do switch
có thể ghi nhớ port nào thuộc về thiết bị (địa chỉ MAC) nào, nên nó sẽ gửi dữ
liệu tới chính xác thiết bị cần nhận.
Tuy nhiên, nếu switch nhận được một frame mà địa chỉ đích là
broadcast hoặc multicast, nó sẽ gửi frame tới tất cả các port.
Tất cả các thiết bị kết nối tới một port của switch là một
collision domain, các thiết bị kết nối vào các port khác nhau của switch tạo ra
các collision domain khác nhau. Mặc định, tất cả các thiết bị kết nối tới một
switch là một broadcast domain.
So sánh giữa switch và bridge
Về bản chất thì switch giống bridge. Tuy nhiên có những điểm
khác biệt giữa hai thiết bị này là:
-
Switch nhanh hơn bridge, vì switch chuyển mạch dựa trên
nền tảng phần cứng, trong khi bridge chuyển mạch dựa trên phần mềm.
-
Switch có thể kết nối các mạng LAN có băng thông khác
nhau. Ví dụ, một mạng Ethernet LAN 10Mbps có thể kết nối với mạng Ethernet LAN
100 Mbps thông qua switch. Ngược lại tất cả các port của bridge chỉ hỗ trợ một
loại băng thông.
-
Thông thường, switch nhiều cổng hơn bridge.
-
Các switch hiện đại có nhiều chức năng hơn bridge.
Router
Router là thiết bị hoạt động tại tầng 3, thông minh hơn hub
và switch. Router được sử dụng để kết nối các mạng LAN. Có thể sử dụng router
để kết nối trực tiếp các mạng LAN hoặc thông qua môi trường WAN, Internet.
Router sử dụng địa chỉ của tầng 3: địa chỉ IP của TCP/IP
hoặc địa chỉ IPX của Novell.
Router không quảng bá thông tin ra tất cả các cổng giống như
hub, cũng không quảng bá các gói tin broadcast tới tất cả các cổng như switch,
do đó router có thể được sử dụng để kiểm soát lưu lượng mạng.
Router đọc địa chỉ nguồn và địa chỉ đích của gói tin để xác
định đường đi tốt nhất cho gói tin, chỉ gửi gói tin tới đúng nơi cần đến. Router
giúp các mạng LAN trao đổi dữ liệu với nhau.
Các thiết bị kết nối tới cùng 1 cổng của router thì cùng
collision domain, và cũng cùng broadcast domain.
Mặc định, router chỉ chuyển tiếp các gói tin unicast và các
gói tin đặc biệt gọi là directed broadcast.
--------------------------------------------------------------
LGC - Lược dịch “Designing for Cisco Internetwork
Solutions”