Trong bài viết trước Adminvietnam đã giới thiệu cho các bạn tổng quan về mạng Ethernet LAN, một số chuẩn vật lý Ethernet & địa chỉ MAC. Trong bài biết này Adminvietnam xin giới thiệu tiếp về Hub, Colistion-domain
Chuyển mạch trong mạng LAN – Phần 1
Mô hình đấu nối dạng Bus
Trong giai đoạn đầu của Ethernet LAN, các thiết bị của mạng LAN sẽ được kết nối với nhau theo một mô hình dạng Bus thông qua một đoạn cáp đồng trục (coaxial cable) sử dụng các chuẩn Ethernet nổi bật thời đó là 10Base 2 hay 10Base 5 có tốc độ 10Mbps và cự ly truyền tối đa là 200m(10Base 2) hoặc 500m(10Base 5) . Mô hình dạng Bus được thể hiện trong hình 1.1
Hình 1.1 – Kiến trúc Bus với 10BASE2 & 10BASE5
Giả sử trên hình 1.1, các host A, host B & host C kết nối vào LAN có địa chỉ MAC lần lượt là A,B và C. Khi host A gửi cho host B một frame, frame này sẽ được lan truyền đến mọi host khác của LAN. Host B và host C đều nhận được frame này nhưng chỉ có host B xử lý destination MAC của frame chỉ đến nó, host C sẽ không xử lý frame này.
Hub
Phương pháp kết nối dạng Bus ở trên có nhược điểm là sử dụng cáp đồng trục có giá thành cao, khó lắp đặt và dể gây gián đoạn hoạt động của mạng khi đoạn cáp bị trục bị lỗi. Để khắc phục, chuẩn LAN 10 BASE T được sử dụng để thay thế . Chuẩn LAN này không sử dụng cáp đồng trục mà sử dụng cáp xoắn đôi để kết nối các thiết bị đầu cuối vào mạng LAN. Mô hình được sử dụng cho đấu nối LAN không còn là mô hình dạng Bus nữa mà được chuyển sang mô hình dạng sao (Star Topology). Trong mô hình này, một thiết bị tập trung ở giữa có tên gọi là Hub sẽ thực hiện kết nối tất cả các thiết bị đầu cuối của LAN và trung chuyển dữ liệu trao đổi giữa các thiết bị . Mô hình 10BASE T được thể hiện trong hình 1.2
Hình 1.2-Sơ đồ đấu nối dạng sao với thiết bị Hub
Với mô hình đấu nối sử dụng Hub, việc lỗi trên cáp sẽ chỉ ảnh hưởng đến bản thân thiết bị đầu cuối sử dụng cáp, không ảnh hưởng đến các thiết bị khác, hơn nữa, việc sử dụng cáp xoắn đôi thay cho cáp đồng trục khiến cho việc lắp đặt triển khai trở nên dễ dàng hơn nhiều.
Về bản chất, Hub đơn giản chỉ lạ bộ khuếch đại tín hiệu: tín hiệu đi vào một cổng sẽ được Hub nhân bản ra tất cả các cổng còn lại. Xét trên mô hình OSI, Hub là thiết bị lớp 1.
Collission domain
Hai mô hình mạng LAN Bus và Hub được gọi là các đường truyền LAN chia sẻ (Shared media LAN). Với đường truyền chia sẻ, tại một thời điểm chỉ có thể xuất hiện tín hiệu điên do một thiết bị phát ra. Nếu hai thiết bị đồng thời gửi tín hiệu điện vào đường truyền này, các tín hiệu của hai thiết bị này sẽ gây nhiễu cho nhau dẫn đế lỗi bit và mất frame. Hiện tượng này được gọi là sự xung đột tín hiệu (collision). Như vậy, để tránh collision xảy ra, tại một thời điểm chỉ có một thiết bị được phép truyền dữ liệu vào mạng LAN, các thiết bị khác trong lúc này chỉ được phép lắng nghe và tiếp nhận dữ liệu, không được phép truyền dữ liệu. Từ đó ta có thể rút ra một số đặc điểm như nhau về kiến trúc mạng LAN kiểu cũ sử dụng cáp đồng trục hoặc Hub:
- Với kiến trúc này, một thiết bị chỉ có thể truyền hoặc nhận dữ liệu tại một thời điểm, không thể truyền/nhận đồng thời. Việc truyền dữ liệu theo cách thứ như vậy được gọi là haft-duplex.
- Chính vì các thiết bị không thể truyền dữ liệu đồng thời nên băng thông tổng cộng của hệ thống LAN có thể được coi như chia đều cho các thiết bị kết nối. Với mỗi hệ thống LAN sử dụng Hub hoặc cáp đồng trục, càng nhiều thiết bị thì tốc độ dành riêng cho mỗi thiết bị càng giảm xuống.
- Hệ thống Hub/cáp đồng trục kết nối các thiết bị tạo thành một miễn trong đó mọi thiết bị đều có khả năng bị xug đột tín hiệu với nhau nếu như truyền dữ liệu đồng thời. Miền này được gọi là miền xung đột (Collision Domain).
CSMA/CD
Để giảm thiểu số lượng collision có thể xảy ra, các thiết bị kết nối đến một collision domain phải chạy một giải thuật có tên gọi là CSMA/CD – Carrier Sense Multiple Access with Collision Detecsion. CSMA/CD hoạt động như sau:
- Một thiết bị trước khi truyền frame vào đường truyền sẽ phải lắng nghe xem đường truyền có rảnh không (không có tin hiệu truyền trên đó).
- Nếu đường truyền rảnh, thiết bị thực hiện truyền frame của mình; nếu đường truyền bận, thiết bị dời lại việc truyền frame.
- Giả thiết tại thời điểm thiết bị này đang kiểm tra đường truyền, thiết bị khác cũng lắng nghe đường truyền và cả hai thiết bị đều xác định rằng đường truyền không bận và cùng lúc truyền frame, collision xảy ra.
- Khi xung đột xảy ra, tất cả thiết bị gửi vào đường truyền một tín hiệu jamming để đảm bảo mọi thiết bị khác đều có thể nhận biết được là collision đang xảy ra
- Sau khi gửi tín hiệu xong, mỗi thiết bị khởi tạo một timer có giá trị ngẩu nhiên và chờ hết timer này rồi bắt đầu viêc truyền lại như ở bước 1. Vì các timer khởi tạo ngẫu nhiên theo một cách thức đảm bảo gần như chắc chắn rằng chúng có giá trị khác nhau nên xác suất để hai thiết bị có thể cùng líc truyền lại là rất thấp và trong lần kế tiếp collision rất khó xảy ra.
Hình 1.3 – Đa truy nhập nhận biết sóng mang phát hiện xung đột
