Mục tiêu của mô đun: - Trình bày được quy trình thiết kế một hệ thống mạng; - Đọc được các bảng vẽ thi công; - Phân biệt được các chuẩn kết nối mạng cục bộ; - Có khả năng phân biệt,
TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ VÀ CÀI ĐẶT MẠNG
Ti ế n trình xây d ự ng m ạ ng
- Mô tảđược quy trình thiết kế một hệ thống mạng
- Xác định được công việc cần thực hiện từng bước trong quy trình
Quá trình xây dựng mạng gồm các giai đoạn quan trọng như thu thập yêu cầu của khách hàng từ các công ty, xí nghiệp cần xây dựng hệ thống mạng, phân tích yêu cầu để xác định giải pháp phù hợp, thiết kế giải pháp mạng tối ưu, tiến hành cài đặt mạng, thực hiện kiểm thử để đảm bảo hoạt động chính xác, và cuối cùng là bảo trì hệ thống để duy trì hiệu suất và độ tin cậy của mạng.
Phần này giới thiệu sơ lược về nhiệm vụ của từng giai đoạn trong quá trình xây dựng mạng, giúp bạn hình dung rõ các vấn đề liên quan cần xử lý Hiểu rõ các bước này là yếu tố quan trọng để đảm bảo thành công của dự án mạng, từ lập kế hoạch đến thi công và vận hành Những nhiệm vụ cụ thể ở từng giai đoạn sẽ giúp tối ưu hoá quá trình xây dựng mạng, giảm thiểu rủi ro và nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống mạng.
1.1 Thu thập yêu cầu của khách hàng
Giai đoạn này nhằm xác định rõ mong muốn của khách hàng trên mạng mà chúng ta sắp xây dựng Mục đích chính là hiểu rõ nhu cầu và sở thích của khách hàng để tạo ra nội dung phù hợp và hấp dẫn Các câu hỏi quan trọng cần được trả lời trong giai đoạn này gồm: Khách hàng mong muốn gì? Họ quan tâm đến những vấn đề nào? Và họ tìm kiếm thông tin gì trên mạng? Việc xác định chính xác mong muốn của khách hàng giúp chúng ta tối ưu hóa chiến lược nội dung và nâng cao hiệu quả tiếp cận.
➢ Chúng ta thiết lập mạng để làm gì? sử dụng nó cho mục đích gì?
➢ Các máy tính nào sẽ được nối mạng?
➢ Những người nào sẽ được sử dụng mạng, mức độ khai thác sử dụng mạng của từng người / nhóm người ra sao?
➢ Trong vòng 3-5 năm tới chúng ta có nối thêm máy tính vào mạng không, nếu có ở đâu, số lượng bao nhiêu ?
Trong giai đoạn này, phương pháp chính là phỏng vấn khách hàng và nhân viên các phòng ban có máy tính kết nối mạng để thu thập thông tin Nên tránh sử dụng thuật ngữ chuyên môn khi trao đổi với họ, vì đối tượng phỏng vấn thường không có kiến thức sâu về mạng Thay vào đó, hãy đặt câu hỏi dễ hiểu, ví dụ như "Chúng ta có muốn người trong cơ quan gửi email cho nhau không?" nhằm lấy phản hồi từ góc nhìn của người dùng Người thực hiện phỏng vấn cần có kỹ năng và kinh nghiệm để biết cách đặt câu hỏi phù hợp và tổng hợp thông tin chính xác, giúp xây dựng hiểu biết toàn diện về hệ thống mạng của tổ chức.
Quan sát thực địa là bước quan trọng trong việc xác định tuyến đi của dây cáp mạng, khoảng cách giữa các thiết bị, và hiện trạng công trình kiến trúc để lên kế hoạch thi công chính xác Thực địa ảnh hưởng lớn đến lựa chọn công nghệ mạng và chi phí dự án, đồng thời cần chú ý đến yếu tố thẩm mỹ khi triển khai trong các công trình kiến trúc Giải pháp kết nối giữa hai tòa nhà riêng biệt qua khoảng không cần được xem xét cẩn trọng để đảm bảo hiệu quả và tính thẩm mỹ Sau khảo sát thực địa, cần cập nhật sơ đồ thiết kế hoặc yêu cầu khách hàng cung cấp bản vẽ kiến trúc để hỗ trợ quá trình thi công chính xác.
Trong quá trình phỏng vấn và khảo sát thực địa, việc tìm hiểu yêu cầu trao đổi thông tin giữa các phòng ban trong cơ quan khách hàng là rất quan trọng Điều này giúp xác định mức độ thường xuyên và lượng thông tin trao đổi, từ đó hỗ trợ chọn băng thông phù hợp cho các nhánh mạng sau này, đảm bảo hệ thống mạng hoạt động hiệu quả và ổn định.
Sau khi nhận yêu cầu của khách hàng, bước tiếp theo là phân tích kỹ lưỡng để xây dựng bảng "Đặc tả yêu cầu hệ thống mạng", xác định rõ các yếu tố trọng tâm như phạm vi dự án, các nhu cầu kỹ thuật cụ thể, tiêu chuẩn an ninh mạng, khả năng mở rộng và tích hợp hệ thống, nhằm đảm bảo giải pháp mạng phù hợp, tối ưu hóa hiệu suất và đáp ứng đúng yêu cầu của khách hàng.
Các dịch vụ mạng cần thiết phải có để xây dựng một hệ thống mạng hoàn chỉnh bao gồm: dịch vụ chia sẻ tập tin để thuận tiện trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị, dịch vụ chia sẻ máy in giúp tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả in ấn, dịch vụ web để cung cấp và truy cập các nội dung trực tuyến, dịch vụ thư điện tử hỗ trợ giao tiếp hiệu quả trong doanh nghiệp hoặc cá nhân, cùng với truy cập Internet để kết nối với thế giới ngoài, đáp ứng các nhu cầu truyền thông và thông tin đa dạng của người dùng.
➢ Mô hình mạng là gì? (Workgroup hay Client / Server? )
➢ Mức độ yêu cầu an toàn mạng
➢ Ràng buộc về băng thông tối thiểu trên mạng
Bước tiếp theo trong quá trình xây dựng mạng là thiết kế giải pháp phù hợp để đáp ứng các yêu cầu đã đặt ra trong bảng đặc tả hệ thống mạng Việc lựa chọn giải pháp mạng phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố quan trọng, bao gồm các tiêu chí kỹ thuật, khả năng mở rộng, độ bảo mật, chi phí và hiệu suất hệ thống Chọn lựa giải pháp phù hợp đảm bảo mạng hoạt động hiệu quả, đáp ứng nhu cầu hiện tại và tương lai của tổ chức.
➢ Kinh phí dành cho hệ thống mạng
➢ Công nghệ phổ biến trên thị trường
➢ Thói quen về công nghệ của khách hàng
➢ Yêu cầu về tính ổn định và băng thông của hệ thống mạng
➢ Ràng buộc về pháp lý
Tùy thuộc vào từng khách hàng cụ thể, thứ tự ưu tiên và các yếu tố chi phối sẽ khác nhau, dẫn đến các giải pháp thiết kế phù hợp riêng biệt Tuy nhiên, các công việc trong giai đoạn thiết kế đều phải thực hiện giống nhau để đảm bảo kết quả tối ưu Quy trình thiết kế bao gồm các bước cơ bản như phân tích yêu cầu, lên ý tưởng, chọn lựa phương án tối ưu, và hoàn thiện bản vẽ để đáp ứng đúng mong đợi của khách hàng Việc xác định các yếu tố ưu tiên sẽ giúp tối ưu hóa quá trình thiết kế và mang lại giải pháp phù hợp nhất cho từng dự án.
1.3.1 Thiết kếsơ đồ mạng ở mức luận lý
Thiết kế sơ đồ mạng ở mức luận lý là bước quan trọng trong việc lựa chọn mô hình mạng phù hợp, xác định giao thức mạng tối ưu và thiết lập các cấu hình cần thiết cho các thành phần nhận dạng mạng Quá trình này giúp đảm bảo hệ thống mạng hoạt động hiệu quả, an toàn và dễ dàng quản lý Việc chọn đúng mô hình mạng và cấu hình phù hợp còn nâng cao hiệu suất truyền tải dữ liệu và giảm thiểu rủi ro bảo mật Đồng thời, thiết kế sơ đồ mạng hợp lý đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa các nguồn lực mạng và đảm bảo tính linh hoạt cho hệ thống.
Mô hình mạng được chọn phải đáp ứng đầy đủ các dịch vụ đã mô tả trong bảng đặc thù yêu cầu hệ thống mạng Các lựa chọn mô hình mạng phù hợp gồm Workgroup hoặc Domain (Client/Server), đi kèm với các giao thức như TCP/IP, NETBEUI hoặc IPX/SPX để đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn cho hệ thống mạng.
Mô hình Workgroup phù hợp khi xây dựng hệ thống mạng nhỏ chỉ cần chia sẻ máy in và thư mục giữa các người dùng trong mạng cục bộ, đặc biệt khi không đặt nặng vấn đề an toàn mạng.
Một hệ thống mạng chỉ cần chia sẻ máy in và thư mục giữa các người dùng trong mạng cục bộ, đảm bảo dễ dàng truy cập tài nguyên chung Tuy nhiên, nếu yêu cầu quản lý người dùng chặt chẽ hơn để kiểm soát quyền truy cập và bảo mật, thì nên lựa chọn mô hình mạng Domain Mô hình Domain giúp quản lý người dùng tập trung, nâng cao hiệu quả và an toàn trong hệ thống mạng doanh nghiệp.
Khi hai mạng cần sử dụng dịch vụ email hoặc mở rộng quy mô mạng với nhiều máy tính, cần chú ý sử dụng giao thức TCP/IP để đảm bảo tính tương thích và hiệu quả hoạt động Mỗi mô hình mạng đòi hỏi cấu hình riêng phù hợp với yêu cầu cụ thể Các bước quan trọng trong quá trình thiết lập cấu hình mạng bao gồm định danh các thành phần như tên miền, nhóm làm việc, địa chỉ IP của các thiết bị, và cấu hình cổng cho các dịch vụ Ngoài ra, cần phân chia mạng con và xác định lộ trình truyền dữ liệu để đảm bảo mạng hoạt động trơn tru và hiệu quả.
1.3.2 Xây dựng chiến lược khai thác và quản lý tài nguyên mạng
Mô hình OSI
Mô hình OSI được phát triển vào năm 1983 bởi Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO nhằm giúp các máy tính dễ dàng kết nối và trao đổi dữ liệu với nhau thông qua kiến trúc phân tầng Mô hình gồm 7 tầng, trong đó mỗi tầng đảm nhiệm một chức năng cơ bản riêng biệt, giúp quá trình lập trình và quản lý dữ liệu dễ dàng hơn Các yếu tố cần thiết để trao đổi dữ liệu giữa các máy tính, như card mạng, cáp mạng, điện thế tín hiệu, phương thức đóng gói dữ liệu và kiểm soát lỗi đường truyền, được phân chia rõ ràng vào các tầng khác nhau Nhờ cấu trúc này, mô hình OSI đồng bộ hóa và tiêu chuẩn hóa các hệ thống máy tính khác nhau, đảm bảo sự thông suốt và tin cậy trong quá trình truyền tải thông tin.
Tầng 1: Tầng vật ký (Physical Layer) Điều khiển việc truyền tải thật sự các bit trên đường truyền vật lý Nó định nghĩa các thuộc tính về cơ, điện, qui định các loại đầu nối, ý nghĩa các pin trong đầu nối, qui định các mức điện thế cho các bit 0,1,…
Tầng 2: Tầng liên kết dữ liệu (Data-Link Layer)
Tầng này chịu trách nhiệm truyền tải các khung dữ liệu (Frame) giữa hai máy tính được kết nối trực tiếp qua đường truyền vật lý Nó còn cài đặt cơ chế phát hiện và xử lý lỗi dữ liệu nhận, đảm bảo quá trình truyền thông diễn ra ổn định và chính xác.
Tầng 3: Tầng mạng (Network Layer)
Tầng mạng chịu trách nhiệm đảm bảo các gói tin dữ liệu (Packet) có thể truyền từ máy tính này đến máy tính khác, ngay cả khi không có đường truyền vật lý trực tiếp Nó tìm kiếm và xác định lộ trình phù hợp để dữ liệu đến đúng đích trong mạng, đảm bảo truyền tải thông tin hiệu quả và chính xác.
Tầng 4: Tầng vận chuyển (Transport Layer)
Tầng này chịu trách nhiệm truyền tải dữ liệu đáng tin cậy giữa các quá trình, đảm bảo dữ liệu không bị lỗi, đúng trình tự và không mất mát hay trùng lặp Đối với các gói tin lớn, tầng này phân chia thành các phần nhỏ để gửi đi một cách hiệu quả và tập hợp lại khi nhận được để đảm bảo toàn vẹn dữ liệu.
Tầng 5: Tầng giao dịch (Session Layer)
Tầng này cho phép các ứng dụng thiết lập, sử dụng và xóa các kênh giao tiếp gọi là giao dịch để trao đổi dữ liệu Nó cung cấp cơ chế nhận biết tên và các chức năng bảo mật thông tin nhằm đảm bảo an toàn khi truyền dữ liệu qua mạng.
Tầng 6: Tầng trình bày (Presentation Layer)
Tầng trình bày đảm bảo các máy tính có kiểu định dạng dữ liệu khác nhau vẫn có thể trao đổi thông tin hiệu quả Thông thường, các máy tính thống nhất với nhau về một kiểu định dạng trung gian để truyền dữ liệu Khi gửi dữ liệu, tầng trình bày sẽ chuyển dữ liệu sang định dạng trung gian trước khi truyền qua mạng, còn khi nhận dữ liệu từ mạng, nó sẽ chuyển đổi dữ liệu về định dạng riêng của máy tính đó Điều này giúp giảm thiểu xung đột về định dạng dữ liệu và tăng tính tương thích giữa các hệ thống.
Tầng 7: Tầng ứng dụng (Application Layer) Đây là tầng trên cùng, cung cấp các ứng dụng truy xuất đến các dịch vụ mạng Nó bao gồm các ứng dụng của người dùng, ví dụ như các Web Browser (Netscape Navigator, Internet Explorer), các Mail User Agent (Outlook Express, Netscape Messenger, ) hay các chương trình làm server cung cấp các dịch vụ mạng như các Web Server (Netscape Enterprise, Internet Information Service, Apache, ), Các FTP Server, các Mail server (Send mail, MDeamon) Người dùng mạng giao tiếp trực tiếp với tầng này
Trong nguyên tắc hoạt động của hệ thống, tầng n của một hệ thống chỉ giao tiếp và trao đổi thông tin với tầng n của hệ thống khác Mỗi tầng sẽ có các đơn vị truyền dữ liệu riêng biệt để đảm bảo quá trình truyền tải dữ liệu được chính xác và hiệu quả.Trong nguyên tắc hoạt động của hệ thống, tầng n của một hệ thống chỉ giao tiếp và trao đổi thông tin với tầng n của hệ thống khác, đảm bảo sự phối hợp chính xác giữa các tầng Mỗi tầng có các đơn vị truyền dữ liệu riêng biệt, giúp tối ưu hóa quá trình truyền tải thông tin và nâng cao hiệu quả của hệ thống mạng.
➢ Tầng liên kết dữ liệu: Khung (Frame)
➢ Tầng Mạng: Gói tin (Packet)
➢ Tầng vận chuyển: Đoạn (Segment)
Trong quá trình truyền dữ liệu trong máy tính, dữ liệu được gửi từ tầng trên xuống các tầng dưới, đến tầng thấp nhất rồi truyền qua đường truyền vật lý Mỗi khi dữ liệu xuống tầng dưới, nó được đóng gói trong đơn vị dữ liệu của tầng đó, và tại phía nhận, dữ liệu sẽ được gỡ bỏ định dạng theo từng tầng một cách tuần tự Mỗi tầng thêm vào tiêu đề (header) riêng cho đơn vị dữ liệu của mình để đảm bảo quá trình truyền nhận thông tin diễn ra chính xác và an toàn.
Mô hình OSI là một khung tham khảo giúp hiểu về kiến trúc mạng, nhưng mỗi nhà sản xuất thường phát triển các hệ thống mạng riêng biệt với các chức năng ở từng tầng theo cách thức khác nhau Những cách thức này thường được xác định qua các chuẩn mạng hoặc giao thức mạng cụ thể, dẫn đến việc các hệ thống mạng chưa chắc tương tác được với nhau dù chúng thực hiện cùng một chức năng Chính vì vậy, các hệ điều hành mạng phổ biến có kiến trúc khác biệt so với mô hình OSI, làm nổi bật tính linh hoạt và đa dạng trong thiết kế mạng hiện nay.
Hình 1.1 - Xử lý dữ liệu qua các tầng
Hình 1.2 trình bày kiến trúc của một số hệ điều hành mạng phổ biến Để thực hiện các chức năng ở tầng 3 (Mạng) và tầng 4 (Giao vận) trong mô hình OSI, mỗi hệ thống mạng sử dụng các protocol riêng biệt Các giao thức này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo truyền thông hiệu quả và an toàn giữa các thiết bị mạng trong hệ thống Việc hiểu rõ kiến trúc và các protocol này giúp nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của mạng của bạn.
➢ UNIX: Tầng 3 dùng giao thức IP, tầng 4 giao thức TCP/UDP
➢ Netware: Tầng 3 dùng giao thức IPX, tầng 4 giao thức SPX
Giao thức NETBEUI của Microsoft tích hợp chức năng của cả hai tầng 3 và 4, tuy nhiên, nếu chỉ dựa vào đó, các máy tính chạy hệ điều hành như UNIX, Netware, NT sẽ gặp khó khăn trong việc trao đổi thông tin Trong bối cảnh mạng Internet phát triển, việc các hệ điều hành khác nhau có thể giao tiếp và chia sẻ dữ liệu trở nên thiết yếu, và đó là lý do tại sao bộ giao thức TCP/IP, giao thức chuẩn của mạng Internet, được sử dụng rộng rãi để đảm bảo khả năng kết nối liên nền tảng.
Bài tập thực hành của học viên
Câu1: Nêu các bước cần phải thực hiện để xây dựng 1 mạng máy tính Trong các bước trên bước nào quan trọng nhất? vì sao?
Câu 2: Thiết kế giải pháp trong việc xây dựng mạng là gì
Câu 3: Thiết kế hệ thống mạng cho một công ty hay trường học
Các bước thực hiện theo yêu cầu sau:
Bước 1: Thu thập yêu cầu của khách hàng
Bước 2: Phân tích yêu cầu
Bước 3: Thiết kế giải pháp
Yêu c ầ u v ề đánh giá kế t qu ả h ọ c t ậ p:
- Khảo sát được nơi cần thiết kế hệ thống mạng
- Thu thập tất cả thông tin từ khách hàng
- Thiết kế được sơ đồ ở mức luân lý
- Thiết kế được sơ đồ ở mức vật lý
CÁC CHU Ẩ N M Ạ NG C Ụ C B Ộ
Phân lo ạ i m ạ ng
- Phân biệt được loại mạng chuyển mạch và mạng quảng bá
Mạng cục bộ (LAN - Local Area Network) là mạng truyền dữ liệu tốc độ cao, được triển khai trong phạm vi nhỏ như phòng, tòa nhà hoặc khu vực hạn chế, giúp kết nối các thiết bị một cách hiệu quả Trong khi đó, mạng diện rộng (WAN – Wide Area Network) có phạm vi lớn hơn nhiều, có thể trải dài qua quốc gia, châu lục hoặc cả hành tinh, phục vụ kết nối khu vực rộng lớn Việc phân loại mạng dựa trên phạm vi địa lý là cách phổ biến để phân biệt LAN và WAN, đồng thời còn có thể dựa trên kỹ thuật truyền tải thông tin sử dụng trong mạng để phân loại các loại mạng khác nhau.
Mạng LAN sử dụng kỹ thuật mạng quảng bá (Broadcast network), trong đó các thiết bị cùng chia sẻ một kênh truyền chung, giúp tất cả các máy tính nhận được thông tin khi một máy gửi dữ liệu Trong khi đó, mạng WAN hoạt động dựa trên kỹ thuật mạng chuyển mạch (Switching Network), với nhiều đường kết nối giữa các thiết bị mạng, đòi hỏi các thiết bị định tuyến đặc biệt như router để xác định đường đi cho các gói tin Để giảm bớt số lượng đường kết nối vật lý trong mạng WAN, còn sử dụng các kỹ thuật đa hợp và phân hợp, nhằm tối ưu hóa việc truyền dữ liệu Chương này chủ yếu tập trung giới thiệu các vấn đề liên quan đến mạng cục bộ (LAN).
M ạ ng c ụ c b ộ và giao th ứ c điề u khi ể n truy c ập đườ ng truy ề n
- Trình bày được các giao thức truy cập đường truyền
Trong mạng LAN, chỉ có một đường truyền vật lý duy nhất, dẫn đến việc chỉ một thiết bị được phép truyền dữ liệu tại một thời điểm để tránh tình trạng đua tranh Khi hai máy tính gửi dữ liệu cùng lúc, dữ liệu của chúng có thể bị lẫn lộn, gây mất dữ liệu và không sử dụng được Để giải quyết vấn đề này, các mạng cục bộ sử dụng Giao thức điều khiển truy cập đường truyền (MAC Protocol), giúp kiểm soát quyền truy cập của các thiết bị trên mạng Hai giao thức chính thường áp dụng trong mạng LAN là CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) và Token Passing, nhằm tránh xung đột và đảm bảo hiệu quả truyền dữ liệu.
Trong các mạng sử dụng giao thức CSMA/CD như Ethernet, các thiết bị mạng cạnh tranh để sử dụng đường truyền Khi muốn truyền dữ liệu, thiết bị phải lắng nghe để kiểm tra xem đường truyền có đang sử dụng hay không, và chỉ truyền khi đường truyền rảnh Trong quá trình truyền, thiết bị còn phải nhận lại dữ liệu để phát hiện sự đụng độ với các dữ liệu từ thiết bị khác Sự đụng độ xảy ra nếu hai thiết bị cùng truyền dữ liệu đồng thời, gây giảm hiệu suất hệ thống Khi mạng càng trở nên bận rộn, tần suất đụng độ càng cao, làm cho mạng hoạt động kém hiệu quả hơn Hiệu suất của mạng Ethernet giảm nhanh khi số lượng thiết bị kết nối tăng lên.
Trong các mạng sử dụng giao thức Token-passing như Token Ring hay FDDI, một gói tin đặc biệt gọi là Token được chuyển vòng quanh mạng từ thiết bị này sang thiết bị khác, giúp kiểm soát quyền truy cập của các thiết bị Khi một thiết bị muốn truyền dữ liệu, nó phải đợi đến khi nhận được Token, sau đó mới có thể gửi thông tin, và sau khi hoàn thành, Token sẽ được chuyển cho thiết bị kế tiếp Nhờ đó, mạng Token-passing đảm bảo khả năng sử dụng tối đa băng thông mạng và xác định rõ thời gian chờ tối đa của từng thiết bị Chính nhờ những ưu điểm này, mạng Token-passing thường được ứng dụng trong các môi trường thời gian thực như điều khiển thiết bị công nghiệp, nơi mà thời gian truyền tín hiệu không được vượt quá một giới hạn đã định trước.
Các sơ đồ n ố i k ế t m ạ ng LAN (LAN Topologies)
- Mô t ảđượ c các lo ạ i sơ đồ k ế t n ố i m ạ ng LAN
LAN topology đề cập đến cách các thiết bị mạng được tổ chức và sắp xếp trong mạng LAN Có ba loại sơ đồ nối kết LAN phổ biến gồm dạng thẳng (Bus), dạng hình sao (Star) và dạng vòng tròn (Ring), mỗi loại có những đặc điểm riêng phù hợp với nhiều mục đích sử dụng khác nhau.
Bus topology là kiến trúc mạng theo kiểu tuyến tính, trong đó dữ liệu truyền từ một trạm sẽ lan truyền dọc theo toàn bộ đường truyền và được nhận bởi tất cả các thiết bị kết nối Kiến trúc này giúp dễ dàng mở rộng mạng và giảm chi phí xây dựng, phù hợp cho các hệ thống nhỏ Tuy nhiên, bus topology có nhược điểm là dễ xảy ra xung đột dữ liệu và gây gián đoạn toàn bộ mạng khi dây truyền gặp sự cố Đây là lựa chọn phổ biến trong các mạng nhỏ, nhờ tính đơn giản và hiệu quả chi phí.
➢ Star topology là một kiến trúc mạng trong đó các máy trạm được nối kết vào một bộ tập trung nối kết, gọi là HUB
Ring topology là một kiến trúc mạng trong đó các thiết bị kết nối với nhau theo dạng vòng, tạo thành một chuỗi liên tiếp trên một kênh truyền dữ liệu có hướng Mô hình này giúp đảm bảo truyền thông liên tục giữa các thiết bị trong mạng, đồng thời giảm thiểu xung đột dữ liệu Ring topology thường được sử dụng trong các hệ thống mạng cần sự ổn định cao và khả năng mở rộng linh hoạt.
Bus topology Star topology Ring topology
Hình 2.1 – Topology thường sử dụng cho mạng LAN
Các lo ạ i thi ế t b ị s ử d ụ ng trong m ạ ng LAN
- Mô t ảđượ c các thi ế t b ị s ử d ụ ng trong m ạ ng LAN Để xây dựng mạng LAN, người ta thường dùng các thiết bị sau:
➢ Card giao tiếp mạng (NIC- Network Interface Card)
➢ Bộ tập trung nối kết (HUB)
Các t ổ ch ứ c chu ẩ n hóa v ề m ạ ng
- Trình bày các t ổ ch ứ c chu ẩ n hóa v ề m ạ ng
Các chuẩn mạ ng c ụ bộ đóng vai trò quan trọng để các thiết bị phần cứng mạng của nhiều nhà sản xuất khác nhau có thể kết nối và trao đổi thông tin trong mạng cục bộ Để đảm bảo tính tương thích và vận hành trơn tru, các thiết bị mạng phải được sản xuất theo cùng một chuẩn mạng Một số tổ chức chuẩn hóa quan trọng liên quan đến các thiết bị mạng bao gồm IEEE, ISO và IETF, nhằm thúc đẩy tiêu chuẩn hoá và đảm bảo hệ thống mạng hoạt động hiệu quả, ổn định.
➢ ANSI (American National Standard Institute)
➢ IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)
Hai tổ chức TIA và EIA phối hợp để đưa ra các tiêu chuẩn chi tiết cho thiết bị truyền dẫn, đảm bảo độ tương thích và hiệu suất cao Đồng thời, họ cũng cung cấp nhiều sơ đồ nối dây rõ ràng, giúp quá trình lắp đặt và bảo trì hệ thống dễ dàng hơn Những tiêu chuẩn này giúp tối ưu hóa truyền dẫn dữ liệu, nâng cao độ bền và tin cậy của mạng lưới truyền thông.
IEEE có nhiều tiểu ban, trong đó Tiểu ban 802 chuyên trách về các tiêu chuẩn mạng cục bộ Những chuẩn mạng cục bộ quan trọng do tiểu ban này đề xuất bao gồm các tiêu chuẩn hàng đầu như IEEE 802.3 (Ethernet) và IEEE 802.11 (Wi-Fi), đóng vai trò thiết yếu trong phát triển và tối ưu hóa công nghệ mạng nội bộ.
➢ 802.4: Chuẩn cho mạng Token-Bus
Các chuẩn của IEEE 802 quy định chức năng của tầng 2 trong mô hình OSI, nhưng lại chia tầng này thành hai tầng con là LLC (Logical Link Control) và MAC (Medium Access Control) Tầng LLC đảm nhận vai trò điều khiển liên kết logic, trong khi Tầng MAC tập trung vào kiểm soát truy cập truyền dẫn trên媒介 Việc phân chia này giúp tối ưu hóa hiệu suất và quản lý dữ liệu trong mạng LAN.
Tầng con điều khiển truy cập đường truyền đảm bảo cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu theo kiểu không kết nối, giúp truyền thông tin một cách linh hoạt và hiệu quả Ngược lại, tầng con điều khiển liên kết luận lý cung cấp dịch vụ truyền tải thông tin theo kiểu kết nối, đảm bảo độ tin cậy cao và duy trì kết nối ổn định giữa các thiết bị truyền dữ liệu Việc hiểu rõ các chức năng của hai tầng con này là rất quan trọng trong việc xây dựng hệ thống mạng hiệu quả và an toàn.
Network layer Network layer LLC Logical Link control
Hình 2.2 – Kiến trúc mạng cục bộ theo IEEE 802
Mạng Ethernet
- Trình bày l ị ch s ử hình thành m ạ ng máy tính
- Trình bày ch ức năng củ a Card giao ti ế p m ạ ng
- Xác định một số chuẩn mạng Ethernet
Ethernet là thuật ngữ dùng để chỉ họ mạng cục bộ dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.3, sử dụng giao thức CSMA/CD để chia sẻ đường truyền chung Ethernet được xem là kỹ thuật mạng LAN chủ đạo trên thị trường, chiếm khoảng 85% thị phần, nhờ vào tính ổn định và khả năng mở rộng Giao thức của Ethernet giúp các máy tính kết nối và truyền dữ liệu hiệu quả trong môi trường mạng nội bộ.
➢ Dễ hiểu, dễ cài đặt, quản trị và bảo trì
➢ Cho phép chi phí xây dựng mạng thấp
➢ Cung cấp nhiều sơ đồ nối kết mềm dẽo trong cài đặt
➢ Đảm bảo thành công việc liên nối kết mạng và vận hành của mạng cho dù các thiết bị được cung cấp bởi nhiều nhà sản xuất khác nhau
Mạng Ethernet đầu tiên được phát triển vào năm 1970 bởi công ty Xerox, ban đầu là một mạng thử nghiệm sử dụng dây cáp đồng trục với tốc độ truyền tải dữ liệu 3 Mbps Mạng này sử dụng giao thức CSMA/CD để kiểm soát truy cập và truyền dữ liệu một cách hiệu quả.
Sự thành công của dự án này đã thu hút sự chú ý của các nhà sản xuất thiết bị điện tử hàng đầu vào năm 1980 Chính vì vậy, ba tập đoàn lớn gồm Digital Equipment Corporation, Intel Corporation và Xerox Corporation đã hợp tác phát triển phiên bản Ethernet 1.0, đạt tốc độ truyền dữ liệu 10 Mbps, mở ra bước tiến quan trọng trong công nghệ mạng LAN.
Năm 1983, chuẩn mạng IEEE 802.3 được soạn thảo với nội dung tương tự như chuẩn mạng Ethernet phiên bản 1.0, đánh dấu bước ngoặt quan trọng trong phát triển mạng LAN Đến năm 1985, IEEE 802.3 chính thức được chuẩn hóa, mở đường cho các ứng dụng mạng diện rộng và cục bộ hiện đại Nhiều chuẩn mạng cục bộ mới đã phát triển dựa trên nguyên tắc chia sẻ đường truyền chung của giao thức CSMA/CD, giúp giảm xung đột và tối ưu hóa hiệu suất mạng Các chuẩn mạng sử dụng giao thức CSMA/CD phổ biến gồm Ethernet, 10BASE2, 10BASE5, và 10BASE-T, góp phần nâng cao khả năng liên kết và truyền dữ liệu nhanh chóng trong mạng LAN.
Chuẩn mạng 802.3, còn gọi là mạng Ethernet, có tốc độ truyền tải dữ liệu là 10 Mbps, giúp đảm bảo truyền thông hiệu quả trong các hệ thống mạng Chuẩn này hỗ trợ bốn loại chuẩn vật lý bao gồm 10Base-5 (cáp đồng trục bé), 10Base-2 (cáp đồng trục gầy), 10Base-T (cáp xoắn đôi) và 10Base-F (cáp quang), phù hợp với nhiều nhu cầu kết nối mạng khác nhau.
Chuẩn mạng 802.3u, còn gọi là mạng Fast Ethernet, cung cấp tốc độ truyền dữ liệu lên đến 100 Mbps, đáp ứng nhu cầu kết nối nhanh và ổn định Chuẩn này hỗ trợ ba chuẩn vật lý chính gồm 100Base-TX (dựa trên cáp xoắn đôi), 100Base-T4 (cũng sử dụng cáp xoắn đôi) và 100Base-FX (sử dụng cáp quang), giúp mở rộng khả năng kết nối trong các mạng LAN và phù hợp với nhiều hạ tầng mạng khác nhau.
Chuẩn mạng 802.3z còn gọi là mạng Gigabit Ethernet, có tốc độ truyền dữ liệu lên đến 1 Gbps, phù hợp cho các mạng doanh nghiệp và truyền tải dữ liệu lớn Chuẩn này hỗ trợ ba chuẩn vật lý chính là 1000Base-LX, 1000Base-SX và 1000Base-CX, trong đó 1000Base-LX và 1000Base-SX sử dụng cáp quang để đảm bảo tốc độ và khoảng cách truyền dẫn tối ưu, còn 1000Base-CX dùng cáp đồng và phù hợp cho các kết nối ngắn.
Chuẩn mạng 802.3ab, còn gọi là mạng Gigabit Ethernet qua cáp UTP, cung cấp tốc độ truyền dữ liệu lên đến 1 Gbps phù hợp cho các hệ thống mạng yêu cầu hiệu suất cao Chuẩn này hỗ trợ chuẩn vật lý 1000Base-TX, sử dụng dây cáp xoắn đôi không bọc kim, giúp kết nối mạng ổn định và đảm bảo tốc độ truyền tải nhanh chóng trong các môi trường doanh nghiệp và gia đình.
6.2 Card giao tiếp mạng (NIC-Network Interface Card)
Mạng Ethernet chủ yếu hoạt động ở tầng một và tầng hai trong mô hình OSI, do đó, các chức năng của nó thường được tích hợp trong Card giao tiếp mạng (NIC) NIC là thiết bị cắm vào motherboard của máy tính để cung cấp kết nối mạng Khi lựa chọn một card mạng, người dùng cần xem xét các yếu tố quan trọng liên quan đến hiệu suất và tương thích để đảm bảo kết nối ổn định và hiệu quả.
Các máy tính cá nhân hiện đại thường hỗ trợ chuẩn khe cắm PCI cho thiết bị ngoại vi, trong khi các máy tính đời cũ sử dụng chuẩn ISA với khe cắm dài hơn Do đó, card mạng cũng có hai loại phù hợp với từng loại khe cắm, không thể sử dụng card mạng PCI vào khe ISA và ngược lại Khi mua card mạng, người dùng cần lưu ý chọn đúng loại khe cắm phù hợp để đảm bảo tương thích.
NIC theo chuẩn PCI NIC theo chuẩn ISA
Hình 2.3 – Một số loại giao diện card mạng
Các chuẩn mạng quy định rõ loại đầu nối phù hợp để kết nối card mạng với dây dẫn, đảm bảo sự tương thích và ổn định của hệ thống Ví dụ, để kết nối dây cáp đồng trục, cần sử dụng đầu nối BNC, trong khi đó để kết nối dây cáp xoắn đôi, cần dùng đầu nối UTP Việc lựa chọn card mạng có đầu nối phù hợp với loại dây dẫn theo chuẩn mạng là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu quả và tính ổn định của hệ thống mạng.
Card mạng là một thiết bị ngoại vi cần chú ý đến các thông số như số hiệu ngắt (Interrupt), số hiệu cổng (Port) và địa chỉ nền (Base address) để đảm bảo hoạt động chính xác Việc cấu hình các thông số này phải tránh trùng lặp với các thiết bị khác trên máy tính Thường thì nhà sản xuất cung cấp phần mềm cài đặt kèm theo khi mua, giúp kiểm tra trạng thái của card mạng và dễ dàng thiết lập lại các thông số cần thiết.
Mỗi card mạng có một địa chỉ vật lý duy nhất, gọi là địa chỉ MAC, gồm 48 bits được biểu diễn dưới dạng 12 số thập lục phân Địa chỉ MAC đảm bảo tính duy nhất cho từng card mạng, không trùng lặp trên toàn thế giới Nhà sản xuất sẽ cài đặt địa chỉ MAC vào card mạng trong quá trình sản xuất để đảm bảo tính định danh rõ ràng và chống giả mạo.
6.3 Một số chuẩn mạng Ethernet phổ biến
6.3.1 Chuẩn mạng Ethernet 10BASE-5 Đây là chuẩn mạng Ethernet đầu tiên được phát triển Nó bao gồm các thông số kỹ thuật sau:
➢ Sơ đồ mạng dạng BUS
➢ Sử dụng dây cáp đồng trục béo (thich coaxial cable), chiều dài tối đa của mỗi đoạn mạng (network segment) là 500 mét
➢ Tốc độ truyền dữ liệu là 10 Mbps
➢ Khoảng cách gần nhất giữa hai nút / máy tính trên mạng là 2,5 mét
➢ Tối đa cho phép 100 nút / máy tính trên một đoạn mạng
➢ Card mạng sử dụng đầu nối kiểu AUI
➢ Chiều dài dây dẫn nối máy tính vào dây cáp đồng trục dài tối đa 50 mét
Sử dụng hai thiết bị đầu cuối (Terminator) trở kháng 50 Ω gắn vào mỗi đầu của dây cáp giúp duy trì tín hiệu ổn định trong mạng Một trong hai đầu cuối này phải được nối đất vào vỏ của máy tính để đảm bảo chống nhiễu và cải thiện hiệu suất mạng Chuẩn mạng này nổi bật với đường kính mạng lớn, nghĩa là khoảng cách giữa các máy tính trong mạng rộng hơn so với các chuẩn khác Tuy nhiên, quá trình thi công mạng khá phức tạp, tốc độ truyền dữ liệu thấp, và chi phí không phải là thấp so với các tiêu chuẩn mạng hiện nay Chính vì những yếu tố này, chuẩn mạng này hiện không còn được ưa chuộng khi xây dựng các mạng LAN mới.
Chuẩn 10Base-2 có các thông số kỹ thuật sau:
➢ Sơ đồ mạng dạng Bus
➢ Sử dụng dây cáp đồng trục gầy (thin coaxial cable), chiều dài tối đa của mỗi đoạn mạng (network segment) là 185 mét
➢ Tốc độ truyền dữ liệu là 10 Mbps
➢ Tối đa cho phép 30 nút / máy tính trên một đoạn mạng
Dây dẫn được cắt thành các đoạn nhỏ, có chiều dài tối thiểu là 0,5 mét, để kết nối hai máy tính kế cận nhau một cách hiệu quả Mỗi đầu dây đều có một đầu nối BNC bấm chắc chắn vào, đảm bảo kết nối liên tục và ổn định giữa các thiết bị.
➢ Card mạng sử dụng cần có đầu nối BNC để gắn đầu nối hình chữ T vào (T connector)
CƠ SỞ VỀ CẦU NỐI
Gi ớ i thi ệ u v ề liên m ạ ng
- Trình bày đượ c h ệ th ố ng liên m ạ ng
- Xác định đượ c các thi ế t b ịở các t ầ ng khác nhau trong liên m ạ ng
Liên mạng (Internetwork) là tập hợp các mạng riêng lẻ kết nối với nhau bằng các thiết bị trung gian, tạo thành một mạng lớn thống nhất Quá trình liên mạng giúp mở rộng phạm vi hoạt động và số lượng máy tính trong hệ thống mạng Nhờ liên mạng, các mạng có thể giao tiếp hiệu quả dù được xây dựng theo các chuẩn khác nhau, nâng cao khả năng kết nối và chia sẻ dữ liệu giữa các tổ chức và cá nhân.
Liên mạng có thể được thực hiện ở những tầng khác nhau, tùy thuộc vào mục đích cũng như thiết bị mà ta sử dụng
Tầng nối kết Mục đích Thiết bị sử dụng
Tầng vật lý Tăng số lượng và phạm vi mạng
Tầng liên kết dữ liệu Nối kết các mạng LAN có tầng vật lý khác nhau Phân chia vùng đụng độ để cải thiện hiệu suất mạng
Tầng mạng Mở rộng kích thước và số lượng máy tính trong mạng, hình thành mạng WAN Router
Các tầng còn lại Nối kết các ứng dụng lại với nhau Gateway
Trong chương này, chúng ta sẽ tìm hiểu về các vấn đề liên mạng ở tầng 2, tập trung vào cơ chế hoạt động và các tính năng của cầu nối (Bridge) để kết nối các mạng con một cách hiệu quả Đồng thời, bài viết cũng giới thiệu những nhược điểm của các thiết bị liên mạng ở tầng 1 như Repeater và HUB, giúp người đọc hiểu rõ hơn về ưu điểm và hạn chế của từng thiết bị trong quá trình xây dựng mạng LAN.
Hình 3.1 – Hạn chế của Repeater/HUB
Trong mạng LAN gồm hai nhánh LAN1 và LAN2 được kết nối qua một Repeater, khi máy N2 gửi Frame thông tin cho N1, Frame này được truyền trên LAN1 đến cổng 1 của Repeater dưới dạng chuỗi bit Repeater sẽ khuếch đại và chuyển tiếp chuỗi bit này sang cổng 2, vô tình chuyển toàn bộ Frame từ N2 sang LAN2 mặc dù không có thiết bị nhận trên đó Khi đó, N1 trên LAN1 nhận toàn bộ Frame, còn trên LAN2 không có máy trạm nào nhận Frame Nếu tại thời điểm đó, N5 muốn gửi Frame đến N4, họ sẽ không thể thực hiện được vì đường truyền đang bị bận.
Ta nhận thấy rằng, Frame N2 gởi cho N1 không cần thiết phải gởi sang LAN
Để tránh lãng phí đường truyền trên mạng LAN, việc sử dụng Repeater hoặc Hub không tối ưu vì chúng hoạt động ở tầng 1 và không phân biệt các Frame dữ liệu, dẫn đến việc chuyển tất cả dữ liệu sang các cổng còn lại Việc liên kết mạng bằng Repeater hoặc Hub sẽ làm gia tăng vùng đụng độ trong mạng, làm tăng khả năng xung đột dữ liệu giữa các máy tính và làm giảm hiệu năng mạng tổng thể Do đó, cần cân nhắc các giải pháp mạng phù hợp để tối ưu hóa băng thông và bảo đảm hiệu suất hoạt động.
Gi ớ i thi ệ u v ề c ầ u n ố i
- Trình bày đượ c nhi ệ m v ụ c ủ a Bridge
Hiện tại, chúng ta thay thế Repeater bằng một Bridge để tối ưu hóa mạng Khi Frame N2 gửi đến N1 qua cổng của Bridge, thiết bị phân tích và xác định rằng không cần thiết phải chuyển Frame sang LAN 2, giúp giảm tải và nâng cao hiệu suất mạng Việc sử dụng Bridge thay cho Repeater mang lại lợi ích về khả năng phân đoạn mạng và kiểm soát lưu lượng dữ liệu hiệu quả hơn.
Bridge hoạt động ở tầng 2 trong mô hình OSI, có nhiệm vụ chuyển tiếp các khung mạng giữa các nhánh dựa trên địa chỉ MAC của các thiết bị Nó giúp các mạng có tầng vật lý khác nhau có thể giao tiếp hiệu quả hơn bằng cách phân chia mạng thành các vùng đụng độ nhỏ, từ đó nâng cao hiệu suất mạng so với sử dụng Repeater hoặc Hub Không chỉ vậy, Bridge còn có khả năng lọc và chuyển các frame một cách chọn lọc, đảm bảo lưu lượng mạng tối ưu và giảm thiểu xung đột dữ liệu trong mạng nội bộ.
Có thể phân Bridge thành 3 loại:
➢ Cầu nối trong suốt (Transparent Bridge): Cho phép nối các mạng Ethernet/ Fast Ethernet lại với nhau
➢ Cầu nối xác định đường đi từ nguồn (Source Routing Bridge): Cho phép nối các mạng Token Ring lại với nhau
➢ Cầu nối trộn lẫn (Mixed Media Bridge): Cho phép nối mạng Ethernet và Token Ring lại với nhau
Cầu nối trong suốt (transparent bridging) lần đầu tiên được phát triển bởi Digital Equipment Corporation vào những năm đầu thập niên 1980, góp phần nâng cao khả năng kết nối mạng Digital đã trình bày phát minh này cho IEEE và nó sau đó được chính thức tích hợp vào tiêu chuẩn IEEE 802.1, đặt nền móng cho các hệ thống mạng hiện đại.
Cầu nối trong suốt được sử dụng để kết nối các mạng Ethernet lại với nhau một cách dễ dàng và hiệu quả Tên gọi "cầu nối trong suốt" xuất phát từ đặc điểm hoạt động của nó, khi liên kết này diễn ra vô hình và xuyên suốt các máy trạm mà không gây ảnh hưởng đến hoạt động của chúng Nhờ đó, các máy trạm không cần phải cấu hình thêm để truyền tải thông tin qua mạng, giúp quá trình kết nối ổn định và tiết kiệm thời gian.
Khi cầu nối trong suốt được bật nguồn, nó bắt đầu học vị trí của các máy tính trong mạng bằng cách phân tích địa chỉ của các khung dữ liệu gửi qua các cổng Ví dụ, nếu cầu nối nhận được một khung từ cổng số 1 do máy A gửi, nó sẽ xác định rằng máy A có thể truy cập thông qua cổng 1 Quá trình này giúp cầu nối xây dựng một Bảng địa chỉ cục bộ (Local Address Table), mô tả mối liên hệ giữa địa chỉ MAC của các máy tính và các cổng của nó Điều này tối ưu hóa việc chuyển tiếp dữ liệu trong mạng, đảm bảo các khung dữ liệu được gửi đúng hướng đến máy đích.
Bảng địa chỉ cục bộ của cầu nối là cơ sở để chuyển tiếp khung dữ liệu trong mạng LAN Khi khung đến cổng của cầu nối, thiết bị sẽ đọc 6 bytes đầu tiên của khung để xác định địa chỉ máy nhận Cầu nối sau đó sẽ tìm kiếm địa chỉ này trong bảng địa chỉ cục bộ để quyết định chuyển tiếp phù hợp, đảm bảo quá trình truyền dữ liệu hiệu quả và chính xác trong mạng nội bộ.
➢ Nếu máy nhận nằm cùng một cổng với cổng đã nhận khung, cầu nối sẽ bỏ qua khung vì biết rằng máy nhận đã nhận được khung
➢ Nếu máy nhận nằm trên một cổng khác với cổng đã nhận khung, cầu nối chuyển khung sang cổng có máy nhận sẽ
Trong trường hợp không tìm thấy địa chỉ máy nhận trong bảng địa chỉ, cầu nối sẽ gửi khung dữ liệu đến tất cả các cổng còn lại của nó, ngoại trừ cổng đã nhận khung Điều này giúp đảm bảo thông tin được truyền đi hiệu quả mà không gây ra xung đột hoặc lặp lại dữ liệu Việc này thiết lập một cơ chế tối ưu cho mạng LAN, giúp các thiết bị giao tiếp một cách liên tục và chính xác.
Trong mọi trường hợp, cầu nối đều cập nhật vị trí của máy gởi khung vào trong bảng địa chỉ cục bộ
Cầu nối trong suốt đóng vai trò quan trọng trong việc phân chia mạng thành các vùng đụng độ riêng biệt Khi dữ liệu được gửi giữa hai máy tính cùng hướng cổng của cầu nối, nó sẽ lọc để không ảnh hưởng đến các nhánh mạng còn lại, giúp tối ưu hóa hiệu suất mạng Nhờ đó, cầu nối trong suốt nâng cao băng thông liên mạng, đảm bảo hoạt động trơn tru và hiệu quả hơn.
2.1.3 Vấn đề vòng quẩn - Giải thuật Spanning Tree
Cầu nối trong suốt sẽ hoạt động sai nếu như trong hình trạng mạng xuất hiện các vòng Xét ví dụ như hình dưới đây:
Khi M gửi khung F cho N mà cả B1 và B2 đều chưa có thông tin địa chỉ của N, cả hai cầu nối này đều chuyển khung F sang LAN 2 Điều này dẫn đến trên LAN 2 xuất hiện hai khung F1 và F2 là các phiên bản sao chép của F do B1 và B2 gửi đi Sau đó, F1 đến B2 và F2 đến B1, rồi B1 và B2 lại lần lượt chuyển F2 và F1 trở lại LAN 1, quá trình này tiếp tục không ngừng dẫn đến hiện tượng rác mạng, gọi là vòng quẩn trên mạng.
Trong mạng, vấn đề vòng quẩn có thể gây ra mất mát dữ liệu và giảm hiệu suất truyền thông Để khắc phục tình trạng này, Digital đã phát triển giải thuật nối cây, giúp loại bỏ các vòng lặp không mong muốn Giải thuật này sau đó đã được chuẩn hóa theo tiêu chuẩn IEEE 802.1d, đảm bảo tính tương thích và hiệu quả trong các mạng LAN.
Giải thuật này nhằm xác định các cổng tạo vòng quẩn trên mạng và chuyển chúng sang trạng thái dự phòng hoặc khóa để đảm bảo an toàn mạng Mục tiêu chính là đưa sơ đồ mạng về dạng hình cây, loại bỏ các vòng quẩn, giúp mạng hoạt động ổn định hơn Các cổng bị xác định sẽ được chuyển sang trạng thái hoạt động khi các cổng chính gặp sự cố, đảm bảo tính liên tục của dịch vụ.
Giải thuật này dựa trên lý thuyết về đồ thị Giải thuật yêu cầu các vấn đề sau:
➢ Mỗi cầu nối phải được gán một số hiệu nhận dạng duy nhất
➢ Mỗi cổng cũng có một số nhận dạng duy nhất và được gán một giá Giải thuật trải qua 4 bước sau:
▪ Chọn cầu nối gốc (Root Bridge): Để đơn giản cầu nối gốc là cầu nối có số nhận dạng nhỏ nhất
Trong các cầu nối còn lại, cần chọn cổng gốc (Root Port) là cổng có giá trị đường đi từ cầu nối hiện tại về cầu nối gốc thấp nhất so với các cổng còn lại, đảm bảo tối ưu hóa quá trình truyền dữ liệu trong mạng.
Trong mạng LAN, việc chọn cầu nối được chỉ định (Designated Bridge) là rất quan trọng Cầu nối được chỉ định của một LAN là thiết bị giúp đảm bảo đường truyền dữ liệu có chi phí thấp nhất từ LAN hiện tại đến gốc mạng, qua đó tối ưu hóa hiệu suất mạng Cổng nối LAN và cầu nối được chỉ định gọi chung là cổng được chỉ định (Designated Port), đóng vai trò quan trọng trong quá trình kiểm soát lưu lượng và duy trì tính toàn vẹn của mạng LAN Việc lựa chọn cổng và cầu nối được chỉ định đúng cách giúp tăng cường khả năng hoạt động ổn định và giảm nguy cơ xung đột trong mạng LAN.
▪ Đặt tất cả các cổng gốc, cổng chỉ định ở trạng thái hoạt động, các cổng còn lại ở trạng thái khóa
Trong liên mạng gồm các LAN V, W, X, Y, Z được kết nối qua 5 cầu nối với các số nhận dạng từ 1 đến 5, tồn tại nhiều vòng quẩn Áp dụng giải thuật nối cây, ta xác định các cổng gốc (ký hiệu bằng R) và các cổng được chỉ định (ký hiệu bằng D), đồng thời ghi nhận giá trị gốc qua các cổng này (ví dụ R(30)) Dựa trên đó, mạng lưới được vẽ lại sau khi loại bỏ các vòng quẩn để đảm bảo tính hợp lệ của kết nối.
Hình 3.5 – Mạng xây dựng lại bằng giải thuật Spanning tree
2.2 Cầu nối xác định đường đi từ nguồn
Cầu nối xác định đường đi từ nguồn (SRB-Source Route Bridge), được phát triển bởi IBM và đề xuất tại ủy ban IEEE 802.5, là giải pháp tối ưu để liên kết các mạng Token Ring lại với nhau, đảm bảo truyền dữ liệu hiệu quả và an toàn giữa các phân đoạn mạng.