1

Chuyển mạch Ethernet8.1 Ethernet switching8.1.1 Bắc cầu ở lớp 28.1.2 Chuyển mạch ở lớp 28.1.3 Hoạt động chuyển mạch8.1.4 Lateney8.1.5 Các chế độ chuyển mạch8.1.6 Giao thức spanning - tree 8.2 Miền đụng độ và miền quảng bá8.2.1 Các môi trường truyền chia sẻ8.2.2 Miền đụng độ (Collision domain)8.2.3 Sự phân đoạn (segmentation)8.2.4 Broadcast ở lớp 28.2.5 Miền quảng bá (broadcast domain)8.2.6 Giới thiệu về luồng số liệu (data flow)8.2.7 Segment mạng là gì?

2

8.1 Ethernet switching

3

8.1.1 Bắc cầu ở lớp 2 Việc thêm nhiều node làm tăng nhu cầu băng thông khả dụng và đặt các tải bổ sung vào môi trường. Tăng số lượng node trên một segment; xác suất đụng độ tăng; đưa đến kết quả có nhiều hoạt động truyền lại hơn. Một giải pháp cho vấn đề là chia segment lớn thành các phần và tách nó thành các miền đụng độ độc lập. Hoạt động của một bridge:- Một bridge được khởi động với bảng bắc cầu là rỗng. Lưu lượng trên segment được xử lý bởi bridge này.- Host A đang ping đến Host B. Cả bridge và host B đều xử lý gói.- Bridge thêm địa chỉ nguồn của frame vào bảng của nó. - Địa chỉ đích của frame được kiểm tra dựa vào bảng. Vì địa chỉ không ở trong bảng, frame được chuyển đến segment khác.

4

8.1.1 Bắc cầu ở lớp 2 (tt)- Host B yêu cầu xử lý ping và truyền một đáp ứng ping trở lại Host A. Cả Host A và bridge đều nhận được frame và xử lý nó.- Bridge thêm địa chỉ nguồn của frame vào bảng. Địa chỉ đích của frame được kiểm tra dựa vào bảng để xem nó có một mục nào ở đây không. Frame không đựơc chuyển đi.- Host A ping đến Host C. Cả bridge và Host đều xử lý frame này. Host B loại bỏ Frame vì nó không phải gửi đến Host B.- Bridge thêm địa chỉ nguồn của frame vào bảng. Vì địa chỉ này đã có trong bảng nên mục này chỉ được làm tươi lại.- Frame được chuyển đến segment khác. Địa chỉ của Host C chưa được ghi vì chỉ có địa chỉ nguồn của Frame được ghi.-

5

8.1.1 Bắc cầu ở lớp 2 (tt)- Host C xử lý yêu cầu ping và tgruyền lại một đáp ứng cho Host A. Cả Host D và bridge đều nhận đựơc frame và xử lý nó. Host D loại bỏ frame vì không phải gửi cho nó.-Bridge thêm địa chỉ nguồn của frame vào bảng của nó. Frame đựơc liên kết với port 2 trong bảng.- Địa chỉ đích của frame được kiểm tra căn cứ vào bảng để xem nó có mục nào không. Frame đựơc chuyển đến Segment khác.- Khi Host D truyền số liệu, địa chỉ MAC của nó cũng sẽ đựơc ghi lại trong bảng. Đây là cách bridge điểu khiển lưu lượng giữa các miền đụng độ.

6

7

8.1.2 Chuyển mạch ở lớp 2- Một bridge chỉ có 2 port và chia một miền đụng độ thành 2 phần.- Một bridge chia một miền đụng độ nhưng không ảnh hưởng đến miền quảng bá.- Có bao nhiêu bridge trong mạng là không thành vấn đề, trừ phi có một thiết bị như router làm việc trên lược đồ địa chỉ lớp 3.- Một bridge sẽ tạo ra nhiều miền đụng độ hơn nhưng sẽ không thêm các miền quảng bá.- Một switch về cơ bản là một bridge nhiều port tốc độ cao hơn, nó có thể chứ đến hàng tá port.

8

9

8.1.3 Hoạt động chuyển mạch Trong một mạng dùng cáp xoắn đôi, một đôi được dùng để mang tín hiệu truyền từ một node đến một node khác. Một đôi dây tách biệt khác được dùng để nhận tín hiệu từ node ở xa gửi đến. Có thể chuyển các tín hiệu xuyên qua cả hai dây đôi một cách đồng thời. Khả năng truyền thông theo cả hai hướng cùng một lúc thường được gọi là song công hoàn toàn. Hai cải tiến công nghệ khác làm cho các switch có thể nhanh hơn:- CAM( Content Addressable memory): là bộ nhớ mà về cơ bản làm việc ngược với bộ nhớ tiêu chuẩn.- ASIC (Application Specific Integrated Circuit): là một thiết bị gồm có các cổng luận lý chưa được chỉ định chức năng có thể được lập trình để thực hiện các chức năng theo tốc độ luận lý. Việc sử dụng các công nghệ này làm giảm đáng kể các thời gian trễ gây ra bởi xử lý phần mềm và cho phép một switch bắt kịp với các nhu cầu số liệu của nhiều microsegment và tốc độ bit cao.

10

11

8.1.4 LateneyLacenty là thời gian trễ tính từ thời điểm một frame bắt đầu rời khỏi nguồn cho đến thời điểm phần đầu của frame đạt đến đích. Một số nguyên nhân gây trễ khi frame di chuyển từ nguồn đến đích: Trễ đường truyền bởi tốc độ của tín hiện khi lan truyền trong môi trường vật lý. Trễ mạch điện tử bởi tín trình tín hiệu chạy dọc đường dẫn. Trế phần mềm bởi các quyết định mà phần mềm phải tạo ra để thực hiện chuyển mạch và các giao thức. Trễ bởi nội dung của frame và ở những nơi có thể đưa ra quyết định chuyển frame.

12

13

8.1.5 Các chế độ chuyển mạch Một switch có thể bắt đầu truyền 1 frame ngay khi nhận được địa chỉ MAC đích. Chuyển mạch tại điểm này gọi là cut-through switching và kết quả có lacently thấp nhất qua switch này. Cách khác, switch có thể nhận một frame hoàn chỉnh trước khi truyền ra port đích. Điều này cung cấp cho phần mềm chuyển mạch một cơ hội để thẩm tra FCS nhằm đảm bảo frame nhận được có tin cậy ko trước khi chuyển giao cho đích. Hoạt động này được gọi là store-and-forward. Một thỏa hiệp giữa cut-through và store-and-forward là fragment-free. Cut-through dùng cho chuyển mạch bất đồng bộ. Store-and-forward dùng cho chuyển mạch đồng bộ. Chuyển mạch bất đối xứng cung cấp một kết nối được chuyển mạch giữa các port không giống nhau về băng thông.

14

15

8.1.6 Giao thức spanning - tree Mỗi port trên switch dùng giao thức STP sẽ ở vào một trong những trạng thái sau:- Blocking: chỉ nhận BPPU- Listening: xây dựng “Active” topology- Learning: xây dựng bảng bắc cầu- Forwarding: truyền nhận data- Disable: dừng Một port sẽ trải qua 5 trạng thái như sau:- Từ khởi động đến Blocking- Từ Blockinh đến Listening hay Disable- Từ Listening đến learning hay Disable- Từ Learning đến Forwaring hay Disable- Từ Forwaring đến DisableKết quả của việc giải quyết và loại bỏ các vòng lặp dùng STP là tạo ra một cây phân cấp luận lý không có vòng lặp.

16

17

8.2 Miền đụng độ và miền quảng bá

18

8.2.1 Các môi trường truyền chia sẻ Môi trường truyền chia sẻ: Xảy ra khi nhiều host truy nhập vào cùng một môi trường truyền. Môi trường truyền chia sẻ mở rộng: Là một môi trường truyền chia sẻ đặc biệt trong đó các thiết bị nối mạng có thể mở rộng môi trường này để nó có thể chứa nhiều đối tượng truy nhập hơn cũng như chiều dài cáp xa hơn. Môi trường mạng điểm nối điểm: Đây là một môi trường nối mạng chia sẻ trong đó một thiết bị chỉ kết nối đến một thiết bị khác. Điều quan trọng là có thể nhận diện được một môi trường truyền chia sẻ bởi vì đụng độ chì xảy ra trong môi trường này.

19

20

8.2.2 Miền đụng độ (Collision domain) Khái niệm: Collision domain là các segment mạng vật lý được kết nối ở đó các đụng độ có thể xảy ra. Mô tả: Mỗi khi đụng độ xảy ra trên một mạng, tất cả các hoạt động truyền bị dừng lại trong một khoảng thời gian. Khoảng thời gian này thay đổi và được xác định bằng thuật toán vãn hồi trong mỗi thiết bị mạng.

Các segment được nối với nhau bởi một số thiết bị như switch, hub, … và các thiết bị này định ra các miền đụng độ. Các thiết bị này được xếp vào ba lớp:-Thiết bị lớp 1 không chia tách miền đụng độ.-Thiết bị lớp 2 và 3 sẽ chia tách thành các miền đụng độ nhỏ hơn

21

8.2.2 Miền đụng độ (Collision domain) (tt) Luật bốn repeater trong Ethernet: không có nhiều hơn bố repeater hay hub giữa bất kỳ 2 máy tính nào trên mạng. Luật 5-4-3-2-1 yêu cầu:- 5 segment hình thành môi trường truyền toàn mạng.- 4 repeater hay hub.- 3 segment của mạng chứa host.- 2 phần liên kết (segment không chứa host).- 1 miền đụng độ lớn.Luật này cung cấp các hướng dẫn để giữ thời gian trễ hành trình trong một mạng chia sẽ ở trong giới hạn có thể chấp nhận được.

22

23

8.2.3 Sự phân đoạn (Segmentation) Các thiết bị mạng lớp 1 (hub và repeater) chỉ có chức năng mở rộng mạng nhưng không kiểm soát các miền đụng độ. Các thiết bị mạng lớp 2 (switch và bridge) có chức năng phân chia miền đụng độ. Kiểm soát sự lan truyền frame dùng địa chỉ MAC được gán vào mỗi thiết bị Ethernet. Các thiết bị này giám sát các địa chỉ MAC và segment mà chúng thuộc về. Các thiết bị mạng lớp 3 (router) giống như các thiết bị lớp 2, không chuyển qua các đụng độ.

24

25

8.2.4 Broadcast ở lớp 2

Bức xạ broadcast: là sự tích lũy lưu lượng broadcast và multicast từ mỗi thiết bị thiết bị trên mạng. Bão broadcast: trong một vài trường hợp sự quay vòng các bức xạ broadcast có thể làm tràn ngập mạng đến nỗi không còn băng thông cho ứng dụng truyền số liệu. Trong trường hợp này, các kết nối mới vào mạng không thể thiết lập được và các kết nối cũ có thể bị rớt. Có 3 nguồn xuất phát broadcast và multicast trong mạng IP là các trạm, các router và các ứng dụng multicast. Bức xạ broadcast có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của các host trong mạng vì NIC phải dừng CPU để xử lý mỗi nhóm broadcast thuộc về nó.

26

27

8.2.4 Broadcast ở lớp 2 (tt)

Multicast: là một phương pháp hiệu quả để truyền các luồng số liệu multimedia đến nhiều user trên 1 hub chia sẻ môi trường, nhưng nó ảnh hưởng đến mỗi user trên một mạng chuyển mạch.

28

8.2.5 Miền quảng bá (Broadcast domain) Một broadcast domain là một nhóm các miền collision domain được kết nối bởi các thiết bị lớp 2. Kích thước tổng của một broadcast domain có thể được nhận diện bằng cách quan sát tất cả collision domain mà broadcast frame được xử lý bởi chúng. Nói cách khác các node là thành phần các segment mạng được xác lập tranh giới bởi một thiết bị có chức năng đến lớp 3.

29

30

8.2.6 Giới thiệu về luồng số liệu (Data flow)(Data Flow trong ngữ cảnh của collision domain và broadcast domain tập trung vào cách thức các frame di chuyển xuyên qua một mạng.)

Nguyên tắc tốt cho data flow là một thiết bị lớp 1 luôn chuyển frame đi, khi một thiết bị lớp 2 muốn chuyển qua frame này. Nói cách khác một thiết bị lớp 2 sẽ chuyển frame qua trừ khi có vài yếu tố ngăn cản nó làm điều đó. Một thiết bị lớp 3 sẽ không chuyển qua một frame trừ khi khi nó bị buộc phải làm điều này.

31

8.2.6 Giới thiệu về luồng số liệu (Data flow) (tt) Các thiết bị lớp 1 không có chức năng thanh lọc, vì vậy mọi thứ mà chúng nhận được đều được chuyển qua sang segment kia. Các thiết bị lớp 2 lọc các frame số liệu căn cứ vào địa chỉ MAC của đích. Các thiết bị lớp 3 lọc các gói dựa vào địa chỉ IP của đích.Data flow đi qua một mạng dựa vào IP được định tuyến, liên quan đến số liệu di chuyển ngang qua thiết bị quản lý lưu lượng tại lớp 1, 2 và 3 của mô hình OSI. Lớp 1 dùng để truyền xuyên qua mô trường vật lý, lớp 2 để quản lý collision domain và lớp 3 để quản lý broadcast domain.

32

33

8.2.7 Segment mạngThuật ngữ segment được dùng trong ngữ cảnh của môi trường nối mạng vật lý trong một mạng được định tuyến thì nó sẽ được xem như một trong các thành phần cấu thành toàn bộ mạng.

34