Chương 2 : Mạng cục bộ LAN (Local Area Network)

1. Các yếu tố cơ bản của mạng LAN

1.1. Cáp mạng

Đặc điểm Cáp đồng trục Cáp xoắn đôi Cáp quang

Cấu tạo

1.2. Cạc giao tiếp mạng (NIC)

- Là thiết bị để điều khiển việc truyền thông và chuyển đổi dữ liệu sang dạng tín hiệu điện hay quang.

- Gồm các bộ điều khiển và thu phát thông tin.

• Bộ điều khiển thực hiện các chức năng điều khiển truyền thông, đảm bảo dữ liệu được truyền chính xác tới các nút mạng.

• Bộ thu phát thông tin làm nhiệm vụ chuyển dữ liệu sang dạng tín hiệu điện hay quang và ngược lại.

- Được lắp vào khe cắm của mỗi máy tính của mạng.

- Tuỳ theo yêu cầu sử dụng lựa chọn card mạng cho phù hợp với máy tính, đường

truyền dẫn, nhu cầu phát triển trong tương lai.

2. Các thiết bị mạng

3. Hình trạng mạng

3.1. Mạng trục (bus)

- Tất cả các nút mạng sử dụng chung đường truyền (trục - backbone)

- Mỗi nút mạng nối vào backbone bằng 1 đầu nối chữ T

- Sử dụng bộ triệt tiêu tín hiệu (terminator) tại 2 đầu trục để triệt tiêu tín hiệu phản hồi

- Phương thức truyền điểm - đa điểm:

• Dữ liệu đưa lên đường truyền theo 2 hướng

• Tất cả các nút trong mạng đều nhận được dữ liệu. Nếu kiểm tra thấy đúng địa chỉ của mình thì giữ lại, ngược lại thì bỏ qua.

- Ưu điểm : dễ triển khai, chi phí thấp, dễ dàng mở rộng, cấu hình lại mạng

- Nhược điểm : khó xác định sự cố trên trục

3.2. Mạng hình sao (star)

- Một nút mạng đóng vai trò thiết bị trung tâm

- Các nút khác nối vào thiết bị trung tâm bằng đầu nối RJ-45

- Phương thức truyền điểm - điểm

- Ưu điểm : dễ triển khai, dễ dàng cấu hình lại mạng

- Nhược điểm : khó mở rộng, chi phí cao, khoảng cách từ trạm đến thiết bị trung tâm ngắn

3.3. Mạng vòng (ring)

- Các máy tính nối với nhau thành 1 vòng

- Phương thức truyền điểm -điểm

• Gói tin được truyền lên mạng theo một chiều xác định

• Một nút mạng giữ lại gói tin nếu địa chỉ đích là địa chỉ của nó. Ngược lại nó chuyển gói tin cho nút mạng tiếp theo

- Ưu điểm : chi phí thấp, dễ triển khai

- Nhược điểm : khó cấu hình lại mạng, một nút mạng gặp sự cố có thể gây ảnh hưởng đến toàn mạng

4. Điều khiển truy cập môi trường

4.1. Điều khiển truy cập cảm nhận sóng mang có phát hiện đụng độ CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)

4.2. Điều khiển truy cập môi trường với thẻ bài

- Thẻ bài : đơn vị dữ liệu đặc biệt được luân chuyển trong mạng theo 1 chiều xác định.

- Mỗi thẻ bài có 1 bit để chỉ ra trạng thái của thẻ bài là bận hay rỗi

- Nút mạng chỉ được phép truyền frame lên đường truyền khi nhận được thẻ bài rỗi, khi đó thẻ bài chuyển sang trạng thái bận

- Địa chỉ đích sẽ được đưa vào nội dung thẻ bài và frame cần được truyền theo sau thẻ bài

- Chỉ có trạm đã thiết lập thẻ bài sang trạng thái bận mới được thiết lập thẻ bài về rỗi

- 2 phương pháp :

• Token bus

• Token ring

- Hạn chế :

• Thẻ bài luân chuyển không dừng

• Mất thẻ bài

1: Yêu cầu truyền dữ liệu

2: Đường truyền bận ?

3: Tổ chức data thành Frame

4: Truyền Frame

5: Có đụng độ ?

6: Tiếp tục truyền

7: Hết dữ liệu cần truyền ?

8: Kết thúc

9: Truyền tín hiệu JAM

10: Inc(attemps)

11: attemps > Max Attemps

12: Error !!!

13: Tính toán khoảng thời gian backoff = t

14: Delay(t)

5. Chuyển mạch trong mạng LAN

- Địa chỉ MAC : địa chỉ vật lý của thiết bị có độ dài 48 bit.

- Chuyển mạch trong mạng LAN xảy ra trên tầng 2, dựa vào địa chỉ MAC

- Mỗi switch duy trì một bảng ánh xạ địa chỉ MAC của nút trong mạng và địa chỉ MAC của cổng kết nối với nút đó

6. Các chuẩn LAN

7. Một số công nghệ LAN

7.1. VLAN

- Mỗi hub tạo thành 1 miền đụng độ

- Một VLAN là một broadcast domain được tạo ra trên một hoặc nhiều switch

- Một switch có thể chứa một hoặc nhiều VLAN

- Các phương pháp chia VLAN

• Chia theo cổng trên switch - VLAN tĩnh (Static VLAN): tất cả các thiết bị gắn với cổng đó phải cùng VLAN

• Chia theo địa chỉ MAC của thiết bị - VLAN động (Dynamic VLAN): linh hoạt

• Chia theo giao thức tầng 3 (địa chỉ IP): phụ thuộc vào giao thức tầng trên

- Các loại liên kết trong mạng chuyển mạch chứa VLAN

• Access link: thuộc về một VLAN đơn lẻ, thường nối trực tiếp từ 1 cổng đến 1 máy trạm. Các thiết bị nối với access link không thể truyền thông với trực tiếp với thiết bị khác VLAN

• Trunk link: dùng chung cho nhiều VLAN khác nhau, thường nối giữa switch với nhau hoặc giữa switch với router. Trunk link cho phép 1 cổng thuộc về nhiều VLAN tại cùng một thời điểm để kết nối đến server hoặc với các swtich khác

7.2. Wireless LAN (WLAN)

7.2.1. Khái niệm WLAN

 LAN sử dụng môi trường truyền dẫn vô tuyến

 Ưu điểm :

 Khả năng di động: Với sự phát triển của các mạng không dây công cộng, người dùng có thể truy cập Internet ở bất cứ đâu.

 Hiệu quả: Người dùng có thể duy trì kết nối mạng khi họ đi từ nơi này đến nơi khác.

 Triển khai: Việc thiết lập hệ thống mạng không dây ban đầu chỉ cần ít nhất 1 access point. Với mạng dùng cáp, phải tốn thêm chi phí và có thể gặp khó khăn trong việc triển khai hệ thống cáp ở nhiều nơi trong tòa nhà.

 Khả năng mở rộng: Mạng không dây có thể đáp ứng tức thì khi gia tăng số lượng người dùng. Với hệ thống mạng dùng cáp cần phải gắn thêm cáp

 Nhược điểm

 Bảo mật: Môi trường kết nối không dây là không khí nên khả năng bị tấn công của người dùng là rất cao.

 -Phạm vi: Một mạng chuẩn 802.11g với các thiết bị chuẩn chỉ có thể hoạt động tốt trong phạm vi vài chục mét. Nó phù hợp trong 1 căn nhà, nhưngvới một tòa nhà lớn thì không đáp ứng được nhu cầu. Để đáp ứng cần phải mua thêm Repeater hay access point, dẫn đến chi phí gia tăng.

 Độ tin cậy: Vì sử dụng sóng vô tuyến để truyền thông nên việc bị nhiễu, tín hiệu bị giảm do tác động của các thiết bị khác(lò vi sóng,....) là không tránh khỏi. Làm giảm đáng kể hiệu quả hoạt động của mạng.

 Tốc độ: Tốc độ của mạng không dây (1- 125 Mbps) rất chậm so với mạng sử dụng cáp(100Mbps đến hàng Gbps).

 Các chuẩn WLAN

7.2.2. Các mô hình WLAN

7.2.2.1. Mạng độc lập Ad-hoc

 Các nút di động(máy tính có hỗ trợ card mạng không dây) tập trung lại trong một không gian nhỏ để hình thành nên kết nối ngang cấp (peer-to-peer) giữa chúng.

 Các nút di động có card mạng wireless là chúng có thể trao đổi thông tin trực tiếp với nhau , không cần phải quản trị mạng.

 Vì các mạng ad-hoc này có thể thực hiện nhanh và dễ dàng nên chúng thường được thiết lập mà không cần một công cụ hay kỹ năng đặc biệt nào vì vậy nó rất thích hợp để sử dụng trong các hội nghị thương mại hoặc trong các nhóm làm việc tạm thời.

 Tuy nhiên chúng có thể có những nhược điểm về vùng phủ sóng bị giới hạn, mọi người sử dụng đều phải nghe được lẫn nhau.

7.2.2.2. Mô hình mạng cơ sở (Basic service set - BBSs)

 Bao gồm các điểm truy nhập AP (Access Point) gắn với mạng đường trục hữu tuyến và giao tiếp với các thiết bị di động trong vùng phủ sóng của một cell.

 AP đóng vai trò điều khiểncell và điều khiển lưu lượng tới mạng. Các thiết bị di động không giao tiếp trực tiếp với nhau mà giao tiếp với các AP.

 Các cell có thể chồng lấn lên nhau khoảng 10-15 % cho phép các trạm di động có thể di chuyển mà không bị mất kết nối vô tuyến và cung cấp vùng phủ sóng với chi phí thấp nhất.

 Các trạm di động sẽ chọn AP tốt nhất để kết nối.

7.2.2.3. Mô hình mạng mở rộng

Một ESSs là một tập hợp các BSSs nơi mà các Access Point giao tiếp với nhau để chuyển lưu lượng từ một BSS này đến một BSS khác để làm cho việc di chuyển dễ dàng của các trạm giữa các BSS, Access Point thực hiện việc giao tiếp thông qua hệ thống phân phối.

7.2.3. Bảo mật trong WLAN

02.11b

Từ tháng 6 năm 1999, IEEE bắt đầu mở rộng chuẩn 802.11 ban đầu và tạo ra các đặc tả kỹ thuật cho 802.11b. Chuẩn 802.11b hỗ trợ băng thông lên đến 11Mbps, ngang với tốc độ Ethernet thời bấy giờ. Đây là chuẩn WLAN đầu tiên được chấp nhận trên thị trường, sử dụng tần số 2,4 GHz. Chuẩn 802.11b sử dụng kỹ thuật điều chế khóa mã bù (Complementary Code Keying - CCK) và dùng kỹ thuật trải phổ trực tiếp giống như chuẩn 802.11 nguyên bản. Với lợi thế về tần số (băng tần nghiệp dư ISM 2,4GHz), các hãng sản xuất sử dụng tần số này để giảm chi phí sản xuất.

Nhưng khi đấy, tình trạng "lộn xộn" lại xảy ra, 802.11b có thể bị nhiễu do lò vi sóng, điện thoại "mẹ bồng con" và các dụng cụ khác cùng sử dụng tần số 2,4GHz. Tuy nhiên, bằng cách lắp đặt 802.11b ở khoảng cách hợp lý sẽ dễ dàng tránh được nhiễu. Ưu điểm của 802.11b là giá thấp, tầm phủ sóng tốt và không dễ bị che khuất. Nhược điểm của 802.11b là tốc độ thấp; có thể bị nhiễu bởi các thiết bị gia dụng.

802.11a

Song hành với 802.11b, IEEE tiếp tục đưa ra chuẩn mở rộng thứ hai cũng dựa vào 802.11 đầu tiên - 802.11a. Chuẩn 802.11a sử dụng tần số 5GHz, tốc độ 54Mbps tránh được can nhiễu từ các thiết bị dân dụng. Đồng thời, chuẩn 802.11a cũng sử dụng kỹ thuật trải phổ khác với chuẩn 802.11b - kỹ thuật trải phổ theo phương pháp đa phân chia tần số trực giao (Orthogonal Frequency Division Multiplexing-OFDM). Đây được coi là kỹ thuật trội hơn so với trải phổ trực tiếp (DSSS). Do chi phí cao hơn, 802.11a thường chỉ được sử dụng trong các mạng doanh nghiệp, ngược lại, 802.11b thích hợp hơn cho nhu cầu gia đình. Tuy nhiên, do tần số cao hơn tần số của chuẩn 802.11b nên tín hiện của 802.11a gặp nhiều khó khăn hơn khi xuyên tường và các vật cản khác.

Do 802.11a và 802.11b sử dụng tần số khác nhau, hai công nghệ này không tương thích với nhau. Một vài hãng sản xuất bắt đầu cho ra đời sản phẩm "lai" 802.11a/b, nhưng các sản phẩm này chỉ đơn thuần là cung cấp 2 chuẩn sóng Wi-Fi cùng lúc (máy trạm dùng chuẩn nào thì kết nối theo chuẩn đó).

Ưu điểm của 802.11a là tốc độ nhanh; tránh xuyên nhiễu bởi các thiết bị khác. Nhược điểm của 802.11a là giá thành cao; tầm phủ sóng ngắn hơn và dễ bị che khuất.

802.11g

Năm 2002 và 2003, các sản phẩm WLAN hỗ trợ chuẩn mới hơn được gọi là 802.11g nổi lên trên thị trường; chuẩn này cố gắng kết hợp tốt nhất 802.11a và 802.11b. 802.11g hỗ trợ băng thông 54Mbps và sử dụng tần số 2,4GHz cho phạm vi phủ sóng lớn hơn. 802.11g tương thích ngược với 802.11b, nghĩa là các điểm truy cập (access point -AP) 802.11g sẽ làm việc với card mạng Wi-Fi chuẩn 802.11b...

Tháng 7/2003, IEEE phê chuẩn 802.11g. Chuẩn này cũng sử dụng phương thức điều chế OFDM tương tự 802.11a nhưng lại dùng tần số 2,4GHz giống với chuẩn 802.11b. Điều thú vị là chuẩn này vẫn đạt tốc độ 54Mbps và có khả năng tương thích ngược với chuẩn 802.11b đang phổ biến.

Ưu điểm của 802.11g là tốc độ nhanh, tầm phủ sóng tốt và không dễ bị che khuất. Nhược điểm của 802.11g là giá cao hơn 802.11b; có thể bị nhiễu bởi các thiết bị gia dụng.

802.11n

Chuẩn Wi-Fi mới nhất trong danh mục Wi-Fi là 802.11n. 802.11n được thiết kế để cải thiện tính năng của 802.11g về tổng băng thông được hỗ trợ bằng cách tận dụng nhiều tín hiệu không dây và anten (gọi là công nghệ MIMO-multiple-input and multiple-output). Khi chuẩn này hoàn thành, 802.11n sẽ hỗ trợ tốc độ lên đến 100Mbps. 802.11n cũng cho tầm phủ sóng tốt hơn các chuẩn Wi-Fi trước đó nhờ tăng cường độ tín hiệu. Các thiết bị 802.11n sẽ tương thích ngược với 802.11g.

Ưu điểm của 802.11n là tốc độ nhanh nhất, vùng phủ sóng tốt nhất; trở kháng lớn hơn để chống nhiễu từ các tác động của môi trường. Nhược điểm của 802.11n là chưa được phê chuẩn cuối cùng; giá cao hơn 802.11g; sử dụng nhiều luồng tín hiệu có thể gây nhiễu với các thiết bị 802.11b/g kế cận.