Giải thích các loại cấu trúc mạng

Khi xây dựng một mạng máy tính, bạn cần xác định loại cấu trúc mạng mà mình muốn sử dụng. Hiện nay có nhiều loại cấu trúc mạng khác nhau, mỗi loại đều có những ưu và nhược điểm riêng. Cấu trúc mạng mà bạn lựa chọn sẽ quyết định hiệu suất tối ưu của mạng, khả năng mở rộng, mức độ thuận tiện trong việc bảo trì cũng như chi phí xây dựng mạng. Đó là lý do tại sao việc lựa chọn loại cấu trúc mạng phù hợp là rất quan trọng.

Bài viết này trình bày các loại cấu trúc mạng, ưu điểm và nhược điểm của chúng. Nó cũng đưa ra các khuyến nghị về việc nên sử dụng cấu trúc mạng nào trong các tình huống khác nhau. Các ví dụ thực tế về việc sử dụng một loại cấu trúc mạng cụ thể có thể giúp bạn hiểu rõ khi nào nên áp dụng từng loại cấu trúc.

Cấu trúc mạng là gì?

Cấu trúc mạng hoặc cấu hình mạng xác định cấu trúc của mạng và cách các thành phần mạng được kết nối. Các loại cấu trúc mạng thường được thể hiện bằng sơ đồ cấu trúc mạng để thuận tiện và rõ ràng. Có hai loại cấu trúc mạng: vật lý và logic.

Cấu trúc vật lý mô tả cách các thiết bị mạng (gọi là máy tính, trạm hoặc nút) được kết nối vật lý trong một mạng máy tính. Sơ đồ hình học, các kết nối, sự liên kết, vị trí thiết bị, số lượng bộ điều hợp mạng được sử dụng, loại bộ điều hợp mạng, loại cáp, đầu nối cáp và các thiết bị mạng khác là các khía cạnh của cấu trúc mạng vật lý.

Cấu trúc mạng logic thể hiện luồng dữ liệu từ trạm này sang trạm khác, cách dữ liệu được truyền và nhận, đường dẫn của dữ liệu trong mạng, và các giao thức được sử dụng. Cấu trúc mạng logic giải thích cách dữ liệu được truyền qua cấu trúc mạng vật lý. Tài nguyên đám mây và mạng ảo là một phần của cấu trúc mạng logic.

Cấu trúc mạng điểm-điểm

Cấu trúc mạng điểm-điểm là cấu trúc mạng đơn giản nhất được sử dụng khi chỉ có hai máy tính hoặc các thiết bị mạng khác được kết nối với nhau. Trong trường hợp này, chỉ sử dụng một đoạn cáp duy nhất. Ví dụ phổ biến nhất về cấu trúc mạng điểm-điểm là kết nối hai máy tính (có bộ điều hợp mạng Ethernet với cổng RJ-45) bằng cáp xoắn đôi (UTP Cat 5e, FTP Cat 5e, STP Cat 5e, v.v.). Loại cấu trúc mạng điểm-điểm còn được gọi là cấu trúc mạng P2P.

Tham khảo phần cuối của bài viết trên blog để tìm hiểu về các loại khác nhau Các loại cáp.

Cáp chéo Ethernet loại 5e là loại cáp có bốn cặp dây xoắn. Cáp có đầu nối RJ-45 ở cả hai đầu, với cách đấu dây T568A ở một đầu và T568B ở đầu còn lại. Cáp chéo được sử dụng để kết nối các thiết bị mạng cùng loại, chẳng hạn như hai thẻ mạng Ethernet của các máy tính khác nhau. Các thẻ mạng hiện đại có thể hoạt động với cáp nối mà không cần cáp chéo khi kết nối hai máy tính theo cấu trúc mạng điểm-điểm. Kết nối này có thể thực hiện được nhờ hỗ trợ Ethernet Auto MDI-X (giao diện tự động đảo chiều phụ thuộc vào phương tiện).

Dây nối (patch cord) được sử dụng để kết nối card mạng của máy tính với bộ chuyển mạch (switch) và để kết nối các bộ chuyển mạch với nhau. Cả hai đầu của dây nối đều được bấm theo tiêu chuẩn T568B (tiêu chuẩn T568A cũng có thể được sử dụng cho cả hai đầu của dây nối, nhưng thực hành này không phổ biến).

Cấu trúc mạng Bus

Trong cấu trúc mạng Bus, cáp chính được gọi là cáp chung hoặc cáp backbone. Các trạm được kết nối với cáp chính này thông qua các cáp khác được gọi là cáp nhánh. Thiết bị tap được sử dụng để kết nối các cáp nhánh với cáp chính. Thông thường, cáp đồng trục RG-58 có trở kháng khoảng 50-52 Ohms được sử dụng để xây dựng mạng trong cấu trúc Bus. Các đầu nối BNC (Bayonet Neill-Concelman) được sử dụng để kết nối các phần của mạng và kết nối cáp với thẻ mạng. Các thiết bị kết thúc (terminators) được lắp đặt ở mỗi đầu của cáp xương sống để hấp thụ tín hiệu và tránh phản xạ tín hiệu trở lại bus (việc phản xạ tín hiệu trở lại gây ra các vấn đề nghiêm trọng trong mạng).

Độ khó lắp đặt của cấu trúc mạng bus ở mức trung bình. Cấu trúc này yêu cầu ít cáp hơn so với các loại cấu trúc mạng khác và chi phí thấp hơn. Cấu trúc mạng này được sử dụng cho các mạng nhỏ. Khả năng mở rộng thấp vì chiều dài của cáp chính bị giới hạn và số lượng trạm có thể kết nối với cáp chính cũng bị giới hạn. Mỗi thiết bị mạng được kết nối với một cáp duy nhất.

Cấu trúc bus khiến việc phát hiện sự cố mạng trở nên khó khăn. Nếu cáp chính bị hỏng, mạng sẽ ngừng hoạt động. Mỗi nút bổ sung sẽ làm chậm tốc độ truyền dữ liệu trong mạng. Dữ liệu chỉ có thể được gửi theo một hướng và là half-duplex. Khi một trạm gửi một gói tin đến trạm đích, gói tin đó sẽ được gửi đến tất cả các trạm (truyền thông phát sóng). Tuy nhiên, chỉ có trạm đích mới nhận được gói tin (sau khi xác minh địa chỉ MAC đích trong khung dữ liệu). Nguyên tắc hoạt động này gây ra tình trạng quá tải mạng và không hợp lý. Mạng có cấu trúc dạng mạng bus hoạt động ở chế độ half-duplex .

Chế độ half-duplex không cho phép các trạm trong mạng truyền và nhận dữ liệu cùng lúc. Toàn bộ băng thông kênh được sử dụng khi dữ liệu được truyền theo một trong hai hướng. Khi một trạm đang gửi dữ liệu, các trạm khác chỉ có thể nhận dữ liệu.

Trong chế độ full-duplex , cả hai trạm đều có thể truyền và nhận dữ liệu đồng thời. Dung lượng liên kết được chia sẻ giữa các tín hiệu đi theo một hướng và các tín hiệu đi theo hướng ngược lại. Kênh phải có hai đường dẫn vật lý riêng biệt để gửi và nhận dữ liệu. Thay vào đó, toàn bộ dung lượng có thể được chia đều giữa các tín hiệu đi theo cả hai hướng.

10BASE2 là một phần của tiêu chuẩn IEEE 802.3 được sử dụng cho mạng Ethernet sử dụng cáp đồng trục. Chiều dài tối đa của cáp dao động từ 185 đến 200 mét. Chiều dài tối đa của cáp đồng trục dày cho tiêu chuẩn 10BASE5 là 200 mét.

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) là công nghệ được sử dụng để ngăn chặn va chạm (khi hai hoặc nhiều thiết bị truyền dữ liệu cùng lúc và điều này dẫn đến hỏng dữ liệu truyền đi) trong mạng. Giao thức này quyết định trạm nào có thể truyền dữ liệu vào thời điểm nào. IEEE 802.3 là tiêu chuẩn định nghĩa các phương thức truy cập mạng LAN (mạng cục bộ) sử dụng giao thức CSMA/CD.

Token Bus

IEEE 802.4 là Token Bus tiêu chuẩn được sử dụng để tạo ra một vòng logic token ring trong các mạng được xây dựng theo cấu trúc bus. Một token được truyền từ trạm này sang trạm khác theo một trình tự xác định, đại diện cho vòng logic theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ. Trong hình ảnh sau, đối với Trạm 3, các trạm lân cận là Trạm 1 và Trạm 5, và một trong số chúng được chọn để truyền dữ liệu tùy thuộc vào hướng. Chỉ người giữ token (trạm đang sở hữu token) mới có thể truyền các khung dữ liệu trong mạng. Tiêu chuẩn IEEE 802.4 phức tạp hơn so với giao thức IEEE 802.3.

Định dạng khung dữ liệu Token Bus . Kích thước khung dữ liệu tổng cộng là 8202 byte, và khung dữ liệu bao gồm 8 trường.

• Phần mở đầu (1 byte) được sử dụng để đồng bộ hóa.
• Dấu phân cách bắt đầu (1 byte) là trường được sử dụng để đánh dấu phần đầu của khung.
• Kiểm soát khung (1 byte) xác định xem khung này là khung điều khiển hay khung dữ liệu.
• Địa chỉ đích (2-6 byte) chỉ định địa chỉ của trạm đích.
• Địa chỉ nguồn (2-6 byte) chỉ định địa chỉ của trạm nguồn.
• Dữ liệu tải (0-8182 byte) là trường có độ dài biến đổi để chứa dữ liệu hữu ích từ lớp mạng. 8182 byte là giá trị tối đa nếu sử dụng địa chỉ 2 byte. Nếu độ dài địa chỉ là 6 byte, thì kích thước tối đa của trường dữ liệu tải là 8174 byte, tương ứng.
• Checksum (4 byte) được sử dụng để phát hiện lỗi.
• Dấu phân cách kết thúc (1 byte) đánh dấu phần cuối của khung.

Cấu trúc mạng bus không được khuyến nghị cho các mạng khi truyền tải lượng lưu lượng lớn. Xét rằng cấu trúc mạng bus với cáp đồng trục đã được sử dụng vào những năm 1990 và tốc độ tối đa là 10 Mbit/s, bạn không nên sử dụng cấu trúc này để xây dựng mạng của mình ngày nay.

Cấu trúc mạng vòng

Cấu trúc mạng vòng là một biến thể của cấu trúc mạng bus. Trong cấu trúc mạng vòng, mỗi trạm được kết nối với hai trạm khác ở hai bên. Hai trạm kia là các trạm lân cận của trạm này. Dữ liệu di chuyển tuần tự theo một hướng, do đó, mạng hoạt động ở chế độ half-duplex . Không có bộ kết thúc, và trạm cuối cùng được kết nối với trạm đầu tiên trong vòng. Cấu trúc mạng vòng nhanh hơn cấu trúc mạng bus. Cáp đồng trục và đầu nối được sử dụng để lắp đặt mạng theo cấu trúc vòng giống như những loại được sử dụng cho cấu trúc mạng bus.

Nếu bạn xây dựng một mạng lớn sử dụng cấu trúc vòng, hãy sử dụng bộ lặp để ngăn chặn mất dữ liệu khi truyền dữ liệu qua mạng giữa các trạm trên các đoạn cáp dài. Thông thường, mỗi trạm hoạt động như một bộ lặp và khuếch đại tín hiệu. Sau khi dữ liệu được truyền đi, dữ liệu di chuyển dọc theo vòng và đi qua các nút trung gian cho đến khi dữ liệu này được thiết bị đích nhận.

Độ trễ có thể tăng cao nếu số lượng trạm kết nối vào mạng lớn. Ví dụ, nếu có 100 máy tính trong mạng và máy tính đầu tiên gửi một gói tin đến máy tính thứ 100 trong vòng, gói tin đó phải đi qua 99 trạm để đến được máy tính đích. Hãy nhớ rằng dữ liệu được truyền theo thứ tự tuần tự. Tất cả các nút phải luôn ở trạng thái hoạt động để truyền dữ liệu, và vì lý do này, cấu trúc vòng được phân loại là cấu trúc mạng hoạt động. Nguy cơ va chạm gói tin được giảm thiểu vì chỉ có một nút trong mạng có thể gửi gói tin tại một thời điểm. Cách tiếp cận này đảm bảo băng thông đồng đều cho mỗi nút trong mạng.

Token ring

Mạng token ring là sự triển khai của tiêu chuẩn IEEE 802.5. Cấu trúc mạng này hoạt động dựa trên hệ thống dựa trên token. Token ring là công nghệ được IBM giới thiệu vào năm 1984. Token là dấu hiệu di chuyển theo một hướng trên vòng lặp. Chỉ nút nào đang giữ token mới có thể truyền dữ liệu.

Trạm đầu tiên bắt đầu hoạt động trong mạng sẽ trở thành trạm giám sát hoặc trạm giám sát hoạt động, kiểm soát trạng thái mạng và loại bỏ các khung dữ liệu trôi nổi khỏi vòng lặp. Nếu không, các khung dữ liệu trôi nổi sẽ tiếp tục lưu thông trong vòng lặp trong thời gian không giới hạn. Bộ giám sát hoạt động cũng được sử dụng để tránh mất token (bằng cách tạo ra một token mới) và để khắc phục lỗi đồng hồ.

Định dạng khung IEEE 802.5 cho mạng token ring được hiển thị trên sơ đồ bên dưới.

• Dấu phân cách bắt đầu (1 byte) được sử dụng để đồng bộ hóa và thông báo cho trạm rằng token đang đến.
• Kiểm soát truy cập (1 byte) là trường chứa bit token, bit giám sát và các bit ưu tiên.
• Kiểm soát khung (1 byte)
• Địa chỉ đích (6 byte) – xác định địa chỉ MAC của thiết bị đích.
• Địa chỉ nguồn (6 byte) – xác định địa chỉ MAC của người gửi.
• Dữ liệu tải (0 byte trở lên) là dữ liệu hữu ích (gói IP) được truyền trong khung, và kích thước của dữ liệu tải có thể dao động từ 0 đến thời gian giữ token tối đa.
• Kiểm tra tổng (4 byte), còn được gọi là chuỗi kiểm tra khung hoặc CRC (kiểm tra dư tuần hoàn), được sử dụng để kiểm tra lỗi trong khung. Các khung bị hỏng sẽ bị loại bỏ.
• Dấu kết thúc (1 byte) đánh dấu kết thúc của khung.
• Trạng thái khung (1 byte) là trường được sử dụng để kết thúc khung dữ liệu và đóng vai trò như ACK. Trường này có thể được thiết lập bởi người nhận và cho biết địa chỉ MAC đã được nhận diện và khung đã được sao chép hay chưa.

Mức độ khó khăn khi lắp đặt cấu trúc vòng là trung bình. Nếu bạn muốn thêm hoặc loại bỏ một thiết bị mạng, bạn chỉ cần thay đổi hai liên kết. Cấu trúc vòng không tốn kém khi lắp đặt. Nhưng danh sách các ưu điểm chỉ dừng lại ở đây. Bây giờ chúng ta hãy điểm qua những nhược điểm của cấu trúc mạng vòng. Mỗi đoạn của mạng đều có thể trở thành điểm lỗi. Lỗi có thể do cáp bị đứt, bộ điều hợp mạng của máy tính bị hỏng, cáp bị ngắt kết nối, v.v. Trong trường hợp liên kết bị lỗi, toàn bộ mạng sẽ ngừng hoạt động vì tín hiệu không thể truyền đi và vượt qua điểm lỗi. Lỗi của một trạm sẽ dẫn đến lỗi của toàn bộ mạng. Tất cả dữ liệu di chuyển quanh vòng tròn bằng cách đi qua tất cả các nút cho đến khi đến nút đích. Việc khắc phục sự cố rất khó khăn.

Tất cả các nút trong mạng có cấu trúc vòng tròn chia sẻ băng thông. Do đó, khi thêm nhiều nút vào vòng tròn, sẽ xảy ra độ trễ truyền thông và suy giảm hiệu suất mạng. Để cấu hình lại mạng hoặc thêm/loại bỏ các nút, mạng phải được ngắt kết nối và ở trạng thái ngoại tuyến. Thời gian ngừng hoạt động của mạng không thuận tiện và không hiệu quả về chi phí đối với một tổ chức. Do đó, cấu trúc mạng vòng không phải là lựa chọn tốt nhất để xây dựng một mạng có khả năng mở rộng và đáng tin cậy.

Cấu trúc mạng vòng trong mạng cục bộ (LAN) từng phổ biến vào những năm 1990 cho đến khi tiêu chuẩn Ethernet với cáp xoắn đôi và cấu trúc sao tiến bộ hơn được sử dụng rộng rãi. Ngày nay, cấu trúc vòng không còn được sử dụng và không được khuyến nghị cho mục đích gia đình và văn phòng do tốc độ mạng thấp (4 hoặc 16 Mbit/s) cùng các nhược điểm khác đã đề cập ở trên.

Cấu trúc vòng kép

Cấu trúc vòng kép là phiên bản cải tiến của cấu trúc vòng. Việc thêm kết nối thứ hai giữa các nút trong vòng tròn cho phép truyền dữ liệu theo cả hai hướng và giúp mạng hoạt động ở chế độ full-duplex . Dữ liệu được gửi theo chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ trong mạng. Nếu một liên kết trong vòng đầu tiên bị lỗi, vòng thứ hai có thể được sử dụng làm liên kết dự phòng để tiếp tục hoạt động mạng cho đến khi sự cố trong vòng đầu tiên được khắc phục.

Vòng quang trong các mạng hiện đại sử dụng cấu trúc mạng vòng. Cấu trúc mạng này chủ yếu được các nhà cung cấp dịch vụ internet (ISP) và nhà cung cấp dịch vụ quản lý (MSP) sử dụng để tạo kết nối trong các mạng diện rộng.

Các công nghệ và tiêu chuẩn được sử dụng để tạo vòng sợi quang:

• Mạng vòng gói tin có khả năng phục hồi (RPR), còn được gọi là IEEE 802.17
• Giao thức Cây bao phủ (STP) để tránh vòng lặp trong mạng
• Mạng vòng bảo vệ chia sẻ nhiều đoạn (MS-SPRing/4, MS-SPRing/2, v.v.)
• Bảo vệ kết nối mạng con (SNCP)
• Vòng kết nối chuyển mạch đường dây hai chiều bốn sợi (BLSR/4), BLSR/2, v.v.
• Mô-đun truyền tải đồng bộ (STM-4, STM-16, STM-64, v.v.)
• Mạng quang đồng bộ (SONET) và Hệ thống phân cấp kỹ thuật số đồng bộ (SDH)

Thiết bị mạng chuyên nghiệp, chẳng hạn như bộ chuyển mạch, hỗ trợ các tiêu chuẩn thích hợp được sử dụng để tạo ra một vòng sợi quang. Giá của phần cứng này khá cao. Mạng vòng quang có độ sẵn sàng cao được sử dụng để kết nối các nút ở các quận khác nhau của một thành phố hoặc giữa các thành phố khác nhau vào mạng vòng có độ sẵn sàng cao và tốc độ cao.

Cấu trúc mạng sao

Cấu trúc mạng sao là cấu trúc mạng phổ biến nhất hiện nay nhờ những lợi ích mà nó mang lại. Cấu trúc này yêu cầu một đơn vị trung tâm, được gọi là bộ chuyển mạch, và tất cả các thiết bị mạng khác được kết nối với bộ chuyển mạch này qua cáp mạng riêng. Một bộ chuyển mạch có nhiều cổng (thường là 4, 5, 8, 16, 24, 48, v.v.), và tất cả các trạm cần thiết đều được kết nối với bộ chuyển mạch để tương tác với nhau trong mạng. Trong trường hợp này, không có kết nối vật lý trực tiếp giữa hai trạm. Nếu hai trạm tương tác với nhau trong mạng, một khung dữ liệu sẽ rời khỏi bộ điều hợp mạng của người gửi và được gửi đến bộ chuyển mạch, sau đó bộ chuyển mạch sẽ chuyển tiếp khung dữ liệu đó đến bộ điều hợp mạng của trạm đích.

Cấu trúc mạng hình sao dễ dàng mở rộng. Nếu bộ chuyển mạch không còn cổng trống, hãy thay thế bằng bộ chuyển mạch có nhiều cổng hơn hoặc kết nối bộ chuyển mạch thứ hai với bộ chuyển mạch hiện tại bằng cáp nối để mở rộng mạng theo cấu trúc hình sao. Lưu ý rằng khi mạng bị quá tải, kết nối giữa các bộ chuyển mạch sẽ trở thành điểm nghẽn vì tốc độ truyền dữ liệu giữa các trạm kết nối với các bộ chuyển mạch khác nhau có thể thấp hơn tốc độ truyền dữ liệu giữa các trạm kết nối với các cổng của cùng một bộ chuyển mạch. Nếu bạn cần thêm một trạm vào mạng, hãy lấy một dây cáp nối, cắm một đầu vào bộ điều hợp mạng của thiết bị đầu cuối và đầu còn lại vào bộ chuyển mạch.

Nếu bất kỳ trạm nào được kết nối với bộ chuyển mạch bị lỗi, mạng vẫn tiếp tục hoạt động mà không bị gián đoạn. Nếu bộ chuyển mạch ngừng hoạt động, mạng sẽ không thể hoạt động. Full-duplex và các chế độ half-duplex được hỗ trợ trong cấu trúc mạng hình sao. Cấu trúc này dễ dàng trong việc bảo trì.

Tránh tạo vòng lặp khi kết nối các thiết bị mạng. Nếu có hơn hai kết nối giữa hai thiết bị mạng hoạt động ở lớp thứ hai, một vòng lặp sẽ được tạo ra. Ví dụ, nếu bạn kết nối hai bộ chuyển mạch bằng hai dây cáp nối hoặc cắm một dây cáp nối vào hai cổng của một bộ chuyển mạch, bạn sẽ tạo ra một vòng lặp. Vòng lặp dẫn đến gián đoạn giao tiếp trong mạng và các cơn bão phát sóng (broadcast storms) sẽ tiếp tục cho đến khi bạn rút dây mạng không cần thiết và tắt nguồn bộ chuyển mạch. Nếu muốn tạo kết nối dự phòng, hãy sử dụng các thiết bị có nhiều bộ điều hợp mạng (NIC) hỗ trợ tính năng NIC teaming hoặc link aggregation.

Hub so với switch: Sự khác biệt là gì?

Cả hub và switch đều được sử dụng để kết nối nhiều thiết bị trong mạng cục bộ (LAN) sử dụng cấu trúc mạng hình sao. Khi một tín hiệu mã hóa một khung dữ liệu đến một cổng của hub (trạm gửi được kết nối với cổng này bằng cáp), tín hiệu sẽ được gửi đến tất cả các cổng của hub và do đó đến tất cả các thiết bị kết nối với hub. Chỉ trạm có thẻ mạng có địa chỉ MAC được định nghĩa là địa chỉ MAC đích trong khung dữ liệu mới có thể nhận được khung dữ liệu đó. Tất cả các thiết bị mạng khác kết nối với hub nhưng không phải là thiết bị đích và có bộ điều hợp mạng với địa chỉ MAC khác sẽ phát hiện tín hiệu được gửi và từ chối khung dữ liệu này. Nhược điểm của hub là mạng bị quá tải. Thay vì gửi khung dữ liệu từ hub đến bộ điều hợp mạng đích, khung dữ liệu được gửi đến tất cả các thiết bị kết nối với các cổng của hub. Hiện tượng tràn mạng làm giảm băng thông của mạng. Hub hoạt động ở lớp đầu tiên của mô hình OSI (lớp vật lý).

Bộ chuyển mạch (Switch) là thiết bị thông minh hơn. Bộ chuyển mạch ghi nhớ địa chỉ MAC của các thiết bị kết nối và thêm địa chỉ MAC của các thiết bị kết nối vào từng cổng của bộ chuyển mạch vào bảng địa chỉ MAC. Khi người gửi gửi khung dữ liệu đến thiết bị đích, khung dữ liệu được gửi đến bộ chuyển mạch. Bộ chuyển mạch đọc địa chỉ MAC của thẻ mạng của trạm đích và kiểm tra bảng địa chỉ MAC nội bộ để xác định thiết bị đích được kết nối với cổng nào của bộ chuyển mạch. Sau đó, bộ chuyển mạch chỉ gửi khung dữ liệu đến cổng liên quan đến địa chỉ MAC của thiết bị đích. Không có hiện tượng tràn dữ liệu và quá tải mạng. Cách tiếp cận này đảm bảo hiệu suất mạng cao. Không có va chạm khi sử dụng bộ chuyển mạch trong cấu trúc mạng hình sao. Một thiết bị chuyển mạch hoạt động ở lớp thứ hai của mô hình OSI (lớp liên kết dữ liệu). Xem bảng dưới đây để biết tất cả các lớp OSI.

Mô hình kết nối hệ thống mở (OSI)

Bộ chuyển mạch an toàn hơn bộ chia. Kể từ năm 2011, việc sử dụng bộ chia để kết nối các thành phần mạng đã bị loại bỏ theo tiêu chuẩn IEEE 802.3, bộ tiêu chuẩn và giao thức cho mạng Ethernet.

Lưu ý : Bộ chuyển mạch, bộ chia, bộ định tuyến, modem và điểm truy cập Wi-Fi thuộc về thiết bị mạng chủ động . Thiết bị chủ động có mạch điện tử và cần nguồn điện để hoạt động. Cáp, đầu nối, bộ thu phát, bảng cắm, giá đỡ và ăng-ten Wi-Fi là thiết bị mạng thụ động không cần điện. Thiết bị mạng thụ động được sử dụng để kết nối các thiết bị mạng chủ động.

Cấu trúc mạng hình sao trong thực tế

Hãy xem xét chi tiết cách mạng Ethernet truyền thống sử dụng cấu trúc mạng hình sao và cách tiêu chuẩn IEEE 802.3 hoạt động. Cáp đôi xoắn (4×2 dây) là loại phổ biến nhất. Chúng thường được sử dụng cho các mạng này, và hai đầu cáp được bấm đầu bằng đầu nối RJ-45 (còn được gọi là 8P8C – 8 Vị trí 8 Tiếp điểm). Cả hai đầu cáp đều được uốn bằng cách sử dụng tiêu chuẩn EIA/TIA 568B. Bạn cũng có thể uốn cả hai đầu cáp bằng cách sử dụng EIA/TIA 568A vì nguyên lý hoạt động vẫn giống nhau, nhưng cách làm này không phổ biến. Tìm thêm thông tin về cáp trong phần Các loại cáp ở cuối bài viết này.

Tiêu chuẩn Ethernet

10BASE-T là phiên bản Ethernet đầu tiên và sử dụng cáp xoắn đôi (T trong tên gọi có nghĩa là T cáp xoắn đôi, BASE có nghĩa là tín hiệu băng cơ sở). Tốc độ tối đa của mạng là 10 Mbit/s. Loại cáp yêu cầu là UTP Cat.3 hoặc cao hơn (chỉ sử dụng các cặp dây màu cam và xanh lá).

100BASE-TX, còn được gọi là Fast Ethernet, đã được triển khai vào năm 1995 (IEEE 802.3u). Tiêu chuẩn này cung cấp tốc độ 100 Mbit/s trong mạng và yêu cầu cáp UTP Cat 5 .

1000BASE-T được gọi là Gigabit Ethernet (GbE hoặc 1 GigE) và được mô tả trong tiêu chuẩn IEEE 802.3ab (được phê chuẩn vào năm 1999). Tốc độ truyền dữ liệu tối đa là 1000 Mbit/s (1 Gbit/s). Loại cáp yêu cầu là UTP Cat 5e.

2.5GBASE-T là tiêu chuẩn được gọi là IEEE 802.3bz, và tốc độ truyền dữ liệu tối đa là 2.5 Gbit/s. Tiêu chuẩn IEEE 802.3bz đã được phê duyệt vào năm 2016. Cần sử dụng cáp UTP Cat 5e .

5GBASE-T tương tự như 2.5GBASE-T nhưng cung cấp tốc độ truyền dữ liệu 5 Gbit/s và yêu cầu loại cáp cao cấp hơn – UTP Cat 6.

10GBASE-T là tiêu chuẩn Ethernet nhanh nhất sử dụng cáp đồng với tốc độ tối đa 10 Gbit/s. Loại cáp cần thiết là UTP Cat 6A. Tiêu chuẩn IEEE 802.3an bao gồm các thông số kỹ thuật về việc sử dụng cáp xoắn đôi cho kết nối 10 Gbit/s.

Đầu nối RJ-45 được sử dụng cho cáp trong các tiêu chuẩn Ethernet trước đây.

Chiều dài tối đa của cáp giữa các cổng của hai thiết bị mạng là 100 mét đối với mỗi tiêu chuẩn nêu trên nếu đáp ứng các yêu cầu về cáp xoắn đôi. Nếu bạn cần kết nối hai thiết bị mạng cách nhau 200 mét, hãy sử dụng hai đoạn cáp dài 100 mét và kết nối chúng với một bộ chuyển mạch được lắp đặt ở giữa, cách mỗi thiết bị 100 mét.

Để đạt được tốc độ cao nhất cho từng tiêu chuẩn, bạn phải đáp ứng các yêu cầu tối thiểu: sử dụng cáp thuộc loại phù hợp, bộ chuyển mạch hỗ trợ chế độ cần thiết và các thẻ mạng của các thiết bị được kết nối với bộ chuyển mạch. Ví dụ, nếu bạn muốn các thiết bị trong mạng hoạt động ở tốc độ 1 Gbit/s, bạn phải cài đặt card mạng 1 Gbit trên các thiết bị này, kết nối chúng với một bộ chuyển mạch 1 Gbit và sử dụng cáp UTP Cat 5e được bấm đầu bằng đầu nối RJ-45 làm dây nối theo tiêu chuẩn EIA/TIA 568B. Khi tất cả các thiết bị được kết nối hoạt động ở tốc độ 1 Gb/s, chúng chỉ hoạt động ở chế độ full-duplex. Tự động đàm phán là tính năng được sử dụng để xác định tốc độ mạng và chế độ truyền dữ liệu tối ưu (full-duplex hoặc half-duplex) cho một cổng kết nối với cổng của thiết bị khác. Tự động đàm phán tự động xác định cấu hình của cổng được kết nối với đầu kia của cáp và thiết lập tốc độ truyền dữ liệu dựa trên giá trị thấp hơn. Nếu bạn kết nối một thẻ mạng 100 Mbit với một bộ chuyển mạch 1 Gbit bằng cáp nối (Cat 5e), thì tốc độ kết nối mạng sẽ là 100 Mbit/s. Khả năng tương thích ngược với các tiêu chuẩn Ethernet tốc độ thấp hơn trước đây là một tính năng hữu ích.

Định dạng khung

Độ dài của khung Ethernet tiêu chuẩn IEEE 802.3 là 1518 byte, và MTU (đơn vị truyền tải tối đa) tiêu chuẩn là 1500 byte. Nếu bạn cần các trạm trong mạng trao đổi lượng dữ liệu lớn, hãy cấu hình chúng để sử dụng khung jumbo cho phép khung sử dụng MTU 9000 byte. Khung jumbo có thể giúp cải thiện hiệu suất khi truyền dữ liệu vì tỷ lệ thông tin hữu ích và thông tin dịch vụ trong khung cao hơn. Không phải tất cả các thiết bị đều hỗ trợ khung jumbo.

Một ưu điểm khác của việc sử dụng cấu trúc mạng sao là các mạng Ethernet sử dụng loại cấu trúc mạng vật lý này hỗ trợ gắn thẻ VLAN. Thẻ VLAN được sử dụng để chia mạng vật lý thành các mạng logic bằng cách sử dụng cùng một cơ sở hạ tầng vật lý. Các mạng logic được tách biệt ở lớp thứ hai của mô hình OSI bằng cách sử dụng các thẻ VLAN được ghi vào các khung. Phần cứng phải hỗ trợ gắn thẻ VLAN để sử dụng tính năng này. ID VLAN có thể nằm trong khoảng từ 0 đến 4094. 4094 là số lượng tối đa các mạng VLAN trong một mạng vật lý.

Hãy xem xét định dạng khung cho mạng Ethernet IEEE 802.3 sử dụng cấu trúc mạng sao.

• Phần tiền tố (7 byte) đánh dấu đầu khung và được sử dụng để đồng bộ hóa giữa người gửi và người nhận.
• Dấu phân cách đầu khung (1 byte) là trường luôn được đặt thành 10101011. SFD (dấu phân cách đầu khung) đánh dấu kết thúc phần tiền tố và bắt đầu khung Ethernet, chuẩn bị cho các bit tiếp theo của địa chỉ đích. Trường này là cơ hội cuối cùng để các thiết bị mạng đồng bộ hóa.
• Địa chỉ đích (6 byte) chứa địa chỉ MAC của thẻ mạng đích (ví dụ: E8:04:62:A0:B1:FF). Địa chỉ đích có thể là unicast, multicast, broadcast (FF:FF:FF:FF:FF:FF).
• Địa chỉ nguồn (6 byte) chứa địa chỉ MAC của thẻ mạng nguồn của thiết bị gửi. Địa chỉ nguồn luôn là địa chỉ đơn điểm (unicast).
• Loại (loại Ethernet) hoặc độ dài (2 byte) xác định độ dài của khung Ethernet. Trường loại chỉ ra giao thức lớp 3 (L3) (0x0800 – IPv4, 0x86DD – IPv6), liệu khung có sử dụng gắn thẻ VLAN 802.1q (0x8100) hay không, v.v.
• Dữ liệu tải (tối đa 1500 byte cho khung tiêu chuẩn hoặc 9000 byte cho khung jumbo) là gói tin L3 được đóng gói và được truyền bởi khung. Gói tin là đơn vị dữ liệu giao thức (PDU) tiêu chuẩn cho lớp thứ ba của mô hình OSI (lớp Mạng).
• Kiểm tra tổng (Checksum), FSC hoặc CRC (4 byte) được sử dụng để xác minh tính toàn vẹn của khung. CRC được tính toán bởi người gửi, sau đó người nhận nhận được khung, tính toán giá trị này và so sánh với giá trị CRC nhận được trong khung.

Phần đầu 14 byte của một khung Ethernet chứa địa chỉ đích, địa chỉ nguồn và loại (độ dài). Nếu sử dụng đánh dấu VLAN, một trường đánh dấu VLAN bổ sung 4 byte sẽ được thêm vào khung sau trường địa chỉ nguồn.

Kết nối quang

Cấu trúc mạng sao cũng được sử dụng để xây dựng mạng dựa trên cáp quang (sợi quang) nếu cần có các đoạn cáp dài hơn hoặc độ trễ thấp hơn. 10GBASE-S và 10GBASE-E là các tiêu chuẩn hiện đại cho mạng 10 Gbit/s sử dụng sợi quang để thiết lập kết nối. Trong trường hợp này, cần có một bộ chuyển mạch (switch) có bộ thu phát (transceiver) và cổng SFP để xây dựng mạng theo cấu trúc sao.

SR Bộ thu phát (short reach) được sử dụng cho khoảng cách lên đến 300 mét.

LR Bộ thu phát (long reach) hỗ trợ chiều dài cáp trong khoảng 300 m–3 km.

ER Bộ thu phát (extended reach) hỗ trợ chiều dài cáp từ 30 km đến 40 km.

Cáp quang đa chế độ (MM) được sử dụng cho khoảng cách ngắn (dưới 300 m).

Cáp quang đơn mode (SM) được sử dụng cho khoảng cách dài (hơn 300 m).

Có các bộ thu phát cho phép kết nối cáp đồng Cat 6A có đầu nối RJ-45 với cổng SFP+ để đảm bảo tương thích tối đa. Cáp quang được kết nối với bộ thu phát bằng cách sử dụng đầu nối LC. Việc xây dựng mạng vật lý bằng cáp quang khó hơn so với việc xây dựng mạng bằng cáp đồng của Cat 6A.

Ưu điểm của cấu trúc mạng hình sao

Cấu trúc mạng hình sao rất nổi bật. Hình sao là loại cấu trúc mạng phổ biến nhất hiện nay. Hãy tóm tắt những ưu điểm của loại cấu trúc mạng này.

• Mỗi trạm chỉ cần một thẻ mạng là đủ
• Dễ dàng cài đặt và bảo trì
• Dễ dàng khắc phục sự cố
• Độ tin cậy và khả năng tương thích cao
• Tốc độ nhanh
• Hỗ trợ cáp xoắn đôi và cáp quang
• Tính linh hoạt và khả năng mở rộng

Kết nối Wi-Fi

Nếu sử dụng kết nối mạng không dây bằng cách lắp đặt điểm truy cập tại nhà hoặc văn phòng, mạng không dây thường sử dụng cấu trúc mạng hình sao. Tiêu chuẩn 802.11n (a/b/g/n) được sử dụng trong trường hợp này. Điểm truy cập Wi-Fi hoạt động như một bộ chuyển mạch kết nối với các bộ điều hợp mạng không dây của các trạm và thể hiện cấu trúc mạng hình sao.

Cấu trúc mạng hình cây

Cấu trúc mạng hình cây là sự mở rộng của cấu trúc mạng hình sao và được sử dụng rộng rãi hiện nay. Ý tưởng của cấu trúc mạng dạng cây là bạn có thể kết nối nhiều cấu trúc dạng sao như các nhánh thành một mạng phức tạp bằng cách sử dụng các kết nối giữa các bộ chuyển mạch. Các trạm được kết nối với các cổng của các bộ chuyển mạch này. Nếu một trong các bộ chuyển mạch bị hỏng, đoạn mạng liên quan sẽ ngừng hoạt động. Nếu bộ chuyển mạch chính nằm ở đỉnh của cấu trúc mạng dạng cây ngừng hoạt động, các nhánh mạng không thể kết nối với nhau, nhưng các máy tính trong các nhánh vẫn tiếp tục giao tiếp với nhau. Sự cố của bất kỳ trạm nào kết nối với mạng cũng không ảnh hưởng đến nhánh mạng hoặc toàn bộ mạng. Cấu trúc cây đáng tin cậy và dễ lắp đặt, bảo trì và khắc phục sự cố, đồng thời cung cấp khả năng mở rộng cao. Mỗi nút trong mạng chỉ có một kết nối khi sử dụng cấu trúc này (xem sơ đồ cấu trúc mạng bên dưới).

Các giao thức và tiêu chuẩn áp dụng cho cấu trúc mạng sao cũng được sử dụng cho cấu trúc cây (bao gồm bộ chuyển mạch, cáp và đầu nối). Ngoài ra, bộ định tuyến có thể được sử dụng để phân chia các mạng con với nhau ở cấp độ thứ ba của mô hình OSI. Do đó, các giao thức mạng của lớp thứ ba được sử dụng và việc cấu hình thiết bị mạng phù hợp được thực hiện. Cấu trúc mạng dạng cây được sử dụng rộng rãi trong các tổ chức lớn vì dễ lắp đặt và quản lý. Cấu trúc mạng phân cấp được áp dụng. Hãy chọn kết nối tất cả các thiết bị chuyển mạch của các nhánh mạng với thiết bị chuyển mạch chính để tránh tạo ra một chuỗi dài các thiết bị chuyển mạch có thể gây ra tắc nghẽn và làm giảm hiệu suất mạng khi dữ liệu được truyền qua các phân đoạn giữa các thiết bị chuyển mạch.

Một ví dụ về cấu hình mạng

Hãy cùng xem xét một ví dụ về cấu trúc mạng dạng cây và cách thức áp dụng loại cấu trúc mạng này trong thực tế. Ví dụ, có một tổ chức với nhiều phòng ban, và mỗi phòng ban chiếm một văn phòng trong tòa nhà. Các phòng ban nằm ở các tầng khác nhau của tòa nhà. Việc lắp đặt mạng bằng cách sử dụng cấu trúc mạng hình sao đơn lẻ là không hợp lý vì điều này sẽ dẫn đến việc tiêu tốn thêm cáp để kết nối tất cả các trạm ở các vị trí khác nhau trong tòa nhà với một bộ chuyển mạch duy nhất. Ngoài ra, số lượng trạm có thể lớn hơn số cổng trên bộ chuyển mạch. Trong trường hợp này, giải pháp hợp lý nhất là lắp đặt một bộ chuyển mạch chuyên dụng tại văn phòng chính của mỗi bộ phận, kết nối tất cả các trạm của từng bộ phận với bộ chuyển mạch tương ứng, và kết nối tất cả các bộ chuyển mạch của các bộ phận với bộ chuyển mạch chính đặt trong phòng máy chủ. Bộ chuyển mạch chính nằm ở đỉnh của cấu trúc cây trong ví dụ này. Bộ chuyển mạch chính có thể được kết nối với bộ định tuyến để truy cập internet. Nếu có một phòng ban nằm trong tòa nhà khác và khoảng cách đến bộ chuyển mạch trong tòa nhà chính vượt quá 100 mét, bạn có thể sử dụng một bộ chuyển mạch bổ sung với cáp UTP. Bộ chuyển mạch này chia khoảng cách thành các đoạn ngắn hơn 100 mét. Như một giải pháp thay thế, sử dụng cáp quang (và các bộ chuyển đổi hoặc bộ chuyển mạch phù hợp) để kết nối văn phòng từ xa này với bộ chuyển mạch chính.

Để đơn giản hóa việc quản trị và nâng cao bảo mật, bạn có thể cài đặt bộ định tuyến cho từng phòng ban và tạo các mạng con cho từng phòng ban. Ví dụ: các nhà phát triển nằm trong mạng 192.168.17.0/24, kế toán nằm trong mạng 192.168.18.0/24, nhân viên kiểm thử nằm trong mạng 192.168.19.0/24, máy chủ nằm trong mạng 192.168.1.0/24 (mạng con chính), v.v.

Router là gì?

Router là thiết bị hoạt động ở lớp thứ ba của mô hình OSI (lớp mạng) và xử lý các gói tin (PDU là một gói tin). Bộ định tuyến có thể phân tích, nhận và chuyển tiếp các gói tin giữa các mạng IP khác nhau (mạng con) bằng cách sử dụng địa chỉ IP của máy chủ nguồn và máy chủ đích. Các gói tin không hợp lệ sẽ bị loại bỏ hoặc từ chối. Các kỹ thuật khác nhau được sử dụng để định tuyến, chẳng hạn như NAT (chuyển đổi địa chỉ mạng), bảng định tuyến, v.v. Tường lửa và bảo mật mạng là các tính năng bổ sung của bộ định tuyến. Bộ định tuyến có thể chọn tuyến đường tốt nhất để truyền các gói tin. Một gói tin được đóng gói vào một khung. Một bộ định tuyến (router) có ít nhất hai cổng mạng (thường là LAN và WAN). Có một số mẫu bộ định tuyến phổ biến được tích hợp sẵn bộ chuyển mạch (switch) trong cùng một thiết bị. Những bộ định tuyến này có một cổng WAN và nhiều cổng LAN (thường từ 4 đến 8 cổng đối với các mẫu dành cho văn phòng nhỏ hoặc văn phòng tại nhà). Các bộ định tuyến chuyên nghiệp có nhiều cổng không được định nghĩa sẵn là cổng LAN hay WAN, và bạn cần phải cấu hình chúng thủ công. Bạn có thể sử dụng một máy chủ Linux vật lý có nhiều bộ điều hợp mạng và kết nối máy này như một bộ định tuyến. Kết nối một bộ chuyển mạch với cổng mạng LAN của bộ định tuyến Linux này để có cấu trúc mạng dạng cây.

Kết nối Wi-Fi

Giống như cấu trúc mạng dạng sao, thiết bị mạng không dây có thể được sử dụng để tạo các phân đoạn mạng dạng cây kết hợp với các phân đoạn có dây. Hai điểm truy cập Wi-Fi giống hệt nhau có thể hoạt động ở chế độ cầu nối để kết nối hai phân đoạn mạng (hai hình sao). Cách tiếp cận này hữu ích khi bạn cần kết nối các văn phòng cách nhau hơn 100 mét và khi không thể lắp đặt cáp giữa các văn phòng. Sơ đồ cấu trúc mạng dạng cây sau đây giải thích trường hợp này. Một bộ chuyển mạch được kết nối với mỗi điểm truy cập Wi-Fi hoạt động ở chế độ cầu nối, hai điểm truy cập Wi-Fi khác được kết nối với bộ chuyển mạch tương ứng, và các trạm khách hàng được kết nối với các điểm truy cập này (tạo thành các nhánh của cây, là các mạng có cấu trúc sao).

Cấu trúc mạng lưới (Mesh)

Cấu trúc mạng lưới là một cấu hình trong đó mỗi trạm trong mạng được kết nối với các trạm khác. Tất cả các thiết bị đều được kết nối với nhau. Có hai loại mạng lưới: mạng lưới toàn phần và mạng lưới một phần. Trong mạng lưới một phần, ít nhất hai trạm trong mạng được kết nối với nhiều trạm khác trong mạng. Trong mạng lưới toàn phần, mỗi trạm được kết nối với tất cả các trạm khác. Số lượng kết nối cho mạng lưới toàn phần được tính bằng công thức Nc=N(N-1)/2 links, trong đó N là số lượng nút trong mạng (cho chế độ truyền thông full-duplex ). Xem sơ đồ cấu trúc mạng dưới đây.

Cấu trúc mạng lưới cung cấp tính dự phòng cho mạng nhưng có thể tốn kém do số lượng kết nối lớn và tổng chiều dài cáp được sử dụng. Nếu một trạm bị hỏng, mạng vẫn có thể tiếp tục hoạt động bằng cách sử dụng các nút và kết nối khác. Nếu dữ liệu được truyền qua nút bị hỏng, đường dẫn sẽ được thay đổi và dữ liệu được truyền qua các nút khác. Mỗi nút là một bộ định tuyến có thể tạo và điều chỉnh các tuyến đường một cách động để truyền dữ liệu theo cách hợp lý nhất (trong trường hợp này sử dụng các giao thức định tuyến động). Số bước nhảy có thể thay đổi khi điều chỉnh tuyến đường giữa thiết bị nguồn và thiết bị đích. Bảng định tuyến bao gồm mã định danh đích, mã định danh nguồn, chỉ số đo lường, thời gian tồn tại và mã định danh phát sóng. Quá trình định tuyến diễn ra ở lớp thứ ba của mô hình OSI. Đôi khi các kỹ thuật lan truyền (flooding) được sử dụng thay vì định tuyến. Loại cấu trúc mạng này có thể được sử dụng để truyền tải lượng lưu lượng lớn nhờ tính dự phòng kết nối.

Việc thêm một trạm mới vào mạng là khó khăn vì bạn cần kết nối trạm mới với nhiều trạm khác. Việc thêm hoặc xóa các nút không làm gián đoạn hoạt động của toàn bộ mạng. Mỗi trạm cần có nhiều card mạng để thiết lập tất cả các kết nối cần thiết. Sau khi thêm một trạm mới, bạn có thể cần cài đặt thêm card mạng trên các trạm khác phải được kết nối với trạm mới. Cấu trúc mạng lưới có khả năng mở rộng, nhưng quá trình này không đơn giản. Quản trị có thể tốn nhiều thời gian. Cấu trúc chịu lỗi đảm bảo độ tin cậy cao. Không có mối quan hệ phân cấp.

Cấu trúc mạng lưới là một ví dụ về việc kết nối nhiều địa điểm trên internet. Cấu trúc mạng này được sử dụng rộng rãi cho các kết nối WAN (mạng diện rộng), cho các mạng của các tổ chức có tính chất quan trọng như các tổ chức quân sự, v.v.

Kết nối Wi-Fi

Cấu trúc mạng lưới trong các mạng Wi-Fi được sử dụng để mở rộng phạm vi phủ sóng của các mạng không dây, được gọi là mạng lưới không dây. Kiến trúc mạng lưới cơ sở hạ tầng là phổ biến nhất cho loại cấu trúc mạng này. Các công nghệ không dây được sử dụng để tạo ra loại cấu trúc mạng này bao gồm Zigbee và Z-Wave dựa trên giao thức IEEE 802.15.4, WirelessHART, IEEE 802.11, 802.15 và 802.16. Các mạng di động cũng có thể hoạt động dựa trên cấu trúc mạng lưới.

Cấu trúc mạng lai

Cấu trúc mạng lai kết hợp hai hoặc nhiều loại cấu trúc mạng đã đề cập trước đó. Sự kết hợp giữa cấu trúc mạng hình sao và hình vòng là một ví dụ về cấu trúc mạng lai. Đôi khi, bạn có thể cần sự linh hoạt của hai cấu trúc mạng trong hệ thống của mình. Cấu trúc mạng lai thường có khả năng mở rộng và sở hữu các ưu điểm của tất cả các cấu trúc mạng con. Tuy nhiên, các nhược điểm của các cấu trúc mạng cũng được kết hợp lại, khiến việc lắp đặt và bảo trì trở nên phức tạp. Cấu trúc mạng hỗn hợp làm tăng thêm độ phức tạp cho mạng của bạn và có thể đòi hỏi chi phí bổ sung.

Cấu trúc mạng sao-vòng là một trong những ví dụ về loại cấu trúc mạng hỗn hợp mà bạn có thể gặp ngày nay. Khi đề cập đến phần vòng, chúng ta không nói đến cáp đồng trục với đầu nối T và đầu nối BNC. Trong mạng hiện đại, vòng sợi quang được sử dụng để kết nối các nút ở khoảng cách xa. Cấu trúc mạng lai này (vòng + sao) được sử dụng để xây dựng mạng giữa các tòa nhà khác nhau nằm cách xa nhau trong cùng một thành phố hoặc ở các thành phố khác nhau. Việc sử dụng cấu trúc mạng sao khi khoảng cách giữa các nút lớn là khó khăn và gây lãng phí cáp.

Ưu điểm của vòng sợi quang với nhiều đường truyền là không có điểm lỗi duy nhất. Các liên kết quang dự phòng đảm bảo tính sẵn sàng và độ tin cậy cao. Trong trường hợp một liên kết quang bị hỏng, các kênh dự phòng sẽ được sử dụng. Các đường cáp quang khác nhau giữa các nút trong vòng tròn có thể được định tuyến qua các lộ trình địa lý khác nhau.

Các bộ chuyển mạch/bộ định tuyến sợi quang là các nút của vòng tròn được kết nối với các bộ chuyển mạch/bộ định tuyến thuộc các phân đoạn mạng sử dụng cấu trúc mạng sao. Kết nối này mang lại lợi ích cho việc xây dựng mạng cục bộ (LAN). Các bộ chuyển đổi phương tiện sợi quang được sử dụng để kết nối các bộ chuyển mạch/router tương thích với cáp sợi quang và các đầu nối liên quan với các bộ chuyển mạch/router tương thích với cáp đồng được bấm đầu bằng các đầu nối phù hợp nếu vòng tròn và mạng sao sử dụng các loại cáp và thiết bị mạng khác nhau.

Các loại cáp

Cáp là thành phần quan trọng của cấu trúc mạng vật lý. Tốc độ mạng và chi phí tổng thể cho việc lắp đặt mạng phụ thuộc vào cấu trúc mạng được chọn, cáp và các thiết bị mạng khác. Các loại cáp khác nhau đã được đề cập trong bài viết blog khi đưa ra các ví dụ thực tế về việc sử dụng các loại cấu trúc mạng khác nhau. Hãy cùng xem xét các loại cáp được sử dụng phổ biến nhất cho các loại cấu trúc mạng được giải thích trong bài viết blog này để hiểu rõ hơn về cấu trúc vật lý.

Cáp đồng trục

Cáp đồng trục bao gồm một dây đồng trung tâm làm dây dẫn bên trong. Dây đồng đặc hoặc một số sợi đồng mỏng có thể được sử dụng làm dây dẫn trung tâm trong các mẫu cáp khác nhau. Dây dẫn bên trong này được bao bọc bởi một lớp cách điện bảo vệ dây lõi. Lớp cách điện được bao bọc bởi băng nhôm dẫn điện và lớp chắn đồng dệt. Lớp bên ngoài là lớp cách điện polymer, có màu đen hoặc trắng. RG-58 là một loại cáp đồng trục phổ biến, có trở kháng 50 Ohm. Loại cáp này còn được gọi là cáp Thinnet 10Base2. Chữ RG trong tên gọi là viết tắt của “radio guide” (hướng dẫn vô tuyến). Các ví dụ khác về cáp đồng trục là RG-6, RG-8, RG-59. Ngày nay, cáp đồng trục được sử dụng để kết nối ăng-ten Wi-Fi với thiết bị mạng phù hợp (các loại cáp 5D-FB, 8D-FB, LMR-400).

Cặp xoắn

Cáp cặp xoắn được sử dụng rộng rãi cho mạng do tính đơn giản trong sử dụng, băng thông cao và giá cả phải chăng. Hai dây đồng cách điện riêng biệt (đường kính khoảng 1mm) được xoắn lại với nhau để tạo thành một cặp. Từ một đến bốn cặp được sử dụng trong các loại và hạng cáp khác nhau. Lý do xoắn là để giảm tín hiệu nhiễu. Cặp xoắn được bao phủ bởi một lớp vỏ cách điện bên ngoài giúp bảo vệ cáp khỏi hư hỏng cơ học. Có ba loại cáp đôi xoắn chính: UTP, FTP và STP.

UTP (Unshielded Twisted Pair) là loại cáp gồm các dây dẫn và lớp cách điện.

FTP (Foil screened Twisted Pair) hoặc F/UTP là loại cáp trong đó tất cả các cặp xoắn được bao phủ bởi một lớp vỏ kim loại (lá nhôm). Bên trong cáp còn có thêm một dây đơn có đường kính nhỏ hơn 1 mm. Do đó, cáp FTP hỗ trợ nối đất nếu sử dụng các đầu nối phù hợp. Các cặp dây xoắn riêng lẻ không được bọc lớp chắn.

STP (Shielded Twisted Pair) có lớp chắn kim loại dệt bao quanh các cặp dây xoắn. Mỗi cặp dây xoắn được bọc bằng lá nhôm. Toàn bộ dây cáp cứng và khó xoắn hơn (dây cáp không linh hoạt bằng FTP và UTP). Dây cáp STP cung cấp khả năng bảo vệ tốt hơn chống lại nhiễu điện từ và hư hỏng cơ học.

Loại 5e hoặc cao hơn hiện nay được sử dụng để lắp đặt mạng. Cấp độ càng cao, tốc độ truyền dữ liệu càng cao (100 MHz, 250 MHz, 500 MHz) và tốc độ truyền dữ liệu được hỗ trợ. Bạn có thể sử dụng cáp FTP hoặc STP cùng cấp độ thay cho cáp UTP. UTP Cat.3 chỉ có hai cặp dây xoắn. UTP Cat.5 và các cấp độ cao hơn có 4 cặp dây xoắn. Việc bấm đầu cáp rất đơn giản và có thể thực hiện bởi bất kỳ ai có dụng cụ bấm đầu cáp.

Cáp sợi quang

Cáp sợi quang cung cấp độ trễ thấp nhất và phủ sóng khoảng cách xa hơn với một đoạn cáp (không cần bộ lặp). Cáp sợi quang mỏng và bao gồm hai lớp thủy tinh. Lớp thủy tinh lõi là thủy tinh tinh khiết, đóng vai trò là ống dẫn sóng cho tín hiệu ánh sáng trên khoảng cách dài. Lớp vỏ bọc là lớp thủy tinh bao quanh lõi và có chỉ số khúc xạ thấp hơn so với lõi. Công nghệ này dựa trên nguyên lý phản xạ toàn phần bên trong.

Người ta sử dụng cáp sợi quang đơn mode (SMF) và cáp sợi quang đa mode (MMF). Cáp MMF có đường kính lớn hơn và được dùng để truyền nhiều tia sáng (hoặc mode), nhưng chúng phù hợp hơn cho khoảng cách ngắn. Cáp MMF thường có màu xanh dương. Cáp SMF phù hợp hơn cho khoảng cách xa và có màu vàng. Các đầu nối phổ biến là SC, FC, LC và ST.

Giá của cáp quang khá cao. Việc hàn sợi quang khó hơn so với việc nối dây cáp xoắn đôi hoặc cáp đồng trục. Giá của bộ thu phát cần thiết để cắm cáp quang vào bộ chuyển mạch hoặc bộ định tuyến làm tăng thêm chi phí. Đầu sợi quang phải luôn sạch sẽ vì ngay cả một hạt bụi cũng có thể gây ra vấn đề nghiêm trọng.

Kết luận

Bài viết này đã trình bày các cấu trúc mạng, bao gồm cấu trúc vật lý, cấu trúc logic và các ví dụ về việc áp dụng chúng trong thực tế. Nếu bạn cần xây dựng một mạng cục bộ (LAN), hãy sử dụng cấu trúc sao (star topology), đây là cấu trúc mạng phổ biến nhất hiện nay, hoặc cấu trúc cây (tree network topology), đây là biến thể có khả năng mở rộng cao của cấu trúc sao. Các cấu trúc mạng vòng và lưới chủ yếu được sử dụng bởi các nhà cung cấp dịch vụ internet, nhà cung cấp dịch vụ quản lý, trong các trung tâm dữ liệu. Những cấu trúc này khó cấu hình hơn. Sự đa dạng về các loại cấu trúc mạng, thiết bị mạng, tiêu chuẩn và giao thức cho phép bạn triển khai một mạng với bất kỳ cấu hình nào trong môi trường của mình tùy theo nhu cầu.

Khi bạn đã triển khai mạng và kết nối các máy chủ cùng máy ảo vào mạng, đừng quên cấu hình sao lưu dữ liệu và bảo vệ dữ liệu của mình. NAKIVO Backup & Replication là giải pháp bảo vệ dữ liệu toàn diện hỗ trợ sao lưu máy Linux, máy Windows, máy ảo VMware (VM), máy ảo Hyper-V, cơ sở dữ liệu Oracle và Office 365 qua mạng. Tải xuống Phiên bản Miễn phí của NAKIVO Backup & Replication và dùng thử sản phẩm trong môi trường của bạn.

1 năm bảo vệ dữ liệu miễn phí: NAKIVO Backup & Replication

Triển khai trong vòng 2 phút và bảo vệ dữ liệu trên môi trường ảo, đám mây, vật lý và SaaS. Các tùy chọn sao lưu, nhân bản và khôi phục tức thì.

Tải xuống phiên bản miễn phí