Kiến thức mạng: Phần cứng mạng WAN

Kiến thức mạng: Phần cứng mạng WAN Phần cứng mạng WAN bạn sử dụng phụ thuộc vào dịch vụ mạng WAN bạn muốn kết nối tới. Mỗi giao thức mạng WAN có các ñặc tả và yêu cầu khác nhau ñối với phần cứng và phương tiện truyền dẫn. Tuy nhiên, với sự lựa chọn của bạn, có nhiều phần cứng có thể tương thích với nhiều dịch vụ mạng WAN khác nhau. Nhà cung cấp dịch vụ mạng WAN là người chịu trách nhiệm về mạng WAN và cung cấp Cáp nối chặng cuối (local loop) tới ðiểm ranh giới (Demarc) (xem Internet thật là ñơn giản số 2/2004). Cáp nối chặng cuối thường là dây cáp ñồng, cùng một loại dây sử dụng cho dịch vụ ñiện thoại. Thiết lập ñường dây ñiện thoại Nhiều hộ gia ñình và doanh nghiệp hiện nay sử dụng cáp 4 dây gồm 2 cặp dây xoắn ñồng: cặp thứ nhất sử dụng cho ñiện thoại và cặp thứ hai làm dự phòng. ðiều này cho phép các doanh nghiệp mới có thể sẵn sàng kết nối mạng WAN mà không cần phải lắp ñặt thêm hệ thống ñường dây mới. Một ñường tín hiệu tương tự sử dụng hai dây ñồng và một ñường tín hiệu số có thể sử dụng hai dây hay cả 4 dây ñồng của Cáp nối chặng cuối tuỳ thuộc vào loại hình kết nối mạng WAN. Các công ty ñiện thoại cần phải sửa ñổi bộ chuyển mạch ñường truyền (line switching) ở Văn phòng trung tâm ñể có thể truyền tín hiệu số trên Cáp nối chặng cuối. Dây dẫn ñồng ñược phân loại theo băng thông. Băng thông, ñến lượt nó, lại quyết ñịnh lượng dữ liệu bạn có thể gửi và tín hiệu truyền là tương tự hay tín hiệu số. Dưới ñây chúng ta sẽ nghiên cứu về hai phương pháp phân loại băng thông trên cáp ñồng. Plain Old Telephone Service (POTS) Hệ thống ñiện thoại tương tự chỉ gửi một tín hiệu tương tự trên mỗi cặp dây: mỗi tín hiệu riêng biệt này ñược coi là một kênh. Sử dụng POTS và modem ñể gửi tín hiệu tương tự cung cấp cho bạn một kênh 64Kbit/s, trong ñó chỉ 56Kbit/s băng thông dành cho truyền dữ liệu. Modem và ñường dây ñiện thoại truyền thống khá phù hợp cho mục ñích sử dụng Internet ñể gửi thư ñiện tử và một số công việc thông thường khác. Tuy nhiên, nếu bạn cần gửi và nhận một khối lượng dữ liệu lớn thì sẽ mất khá nhiều thời gian. Dịch vụ POTS có những ñặc ñiểm sau ñây: - Các ñường dây hiện thời chỉ sử dụng hai cặp dây xoắn - Tín hiệu trên Cáp nối chặng cuối là tín hiệu tương tự. - Cần tới modem ñể chuyển tín hiệu số thành tín hiệu tương tự - Tốc ñộ hiệu quả của ñường dây bị giới hạn ở ngưỡng 56 Kbit/s Hình 1: Kết nội mạng WAN qua ñường ñiện thoại T-Carries Lớp vật lý của nhiều hệ thống mạng WAN ở Mỹ dựa trên công nghệ T-Carrier do công ty Bell/AT&T phát triển. Các ñường dây T-1 sử dụng cả 4 dây ñồng: một cặp ñể gửi và một cặp ñể nhận dữ liệu. Chúng không sử dụng ñường dây vật lý bổ sung (additional wire) mà thiết lập các kênh ảo (virtual channel). Cáp sợi quang và các loại ñường truyền khác sử dụng cho Cáp nối chặng cuối cho phép tốc ñộ truyền dữ liệu ñạt cao hơn. Công nghệ T-carries có các ñặc ñiểm sau ñây: - Sử dụng hai cặp cáp dây xoắn ñồng - Sử dụng tín hiệu số - Hỗ trợ nhiều kênh 64 Kbit/s trên một dây Các ñường dây T-carrier ñược phân loại dựa trên số kênh mà nó có thể hỗ trợ + T1 (24 kênh, sử dụng ở Mỹ) + E1 (31 kênh, sử dụng ở châu Âu) Các ñường T-carrier cũng ñược phân theo loại dữ liệu sẽ ñược truyền tải trên ñường dây (ví dụ dữ liệu thuần tuý, âm thanh số hoá, hình ảnh số hoá...). Hơn nữa, người sử dụng có thể ñăng ký một phần dịch vụ của ñường T1 và sử dụng một một số trong số các kênh sẵn có của nó. Lưu ý: Các loại ñường T-carrier ñược phân ra nhằm mục ñích miêu tả băng thông, ñây không [/i]phải là các giao thức mạng WAN. Ví dụ, ISDN là một dịch vụ mạng WAN sử dụng phương pháp truyền tín hiệu số qua 4 dây. Băng thông của ISDN phụ thuộc vào bao nhiêu dung lượng của ñường T1 ñược sử dụng. Basic Rate ISDN (BRI) Basic Rate ISDN gồm 2 kênh 64Kbit/s (gọi là các kênh B) và một kênh 16 Kbit/s (gọi là kênh D). Vì vậy nó còn ñược gọi là 2B+D. Các kênh B truyền tải dữ liệu, âm thanh và hình ảnh số hoá. Kênh D là kênh dịch vụ sử dụng cho cả dữ liệu và thông tin ñiều khiển. ISDN BRI rất hợp lý cho các hộ gia ñình và doanh nghiệp nhỏ cần tốc ñộ truyền dữ liệu cao hơn so với modem truyền thống. Hình 2: BRI Dưới ñây là 2 trường hợp sử dụng ISDN BRI ñiển hình nhất: - Một kênh B ñược dùng cho thoại, kênh kia ñược dùng cho dữ liệu - Cả hai kênh ñược dùng cho truyền dữ liệu với tốc ñộ tổng cộng là 128 Kbit/s Lưu ý: Băng thông tổng cộng của ISDN BRI là 144 Kbit/s (2 kênh B và 1 kênh D) trong khi [/i]tốc ñộ truyền dữ liệu tổng cộng là 128 Kbit/s (dữ liệu chỉ ñược gửi qua 2 kênh B) Primary Rate ISDN(PRI) Tại Mỹ, Primary Rate ISDN sử dụng toàn bộ ñường T1, hỗ trợ 23 kênh B 64 Kbit/s và một kênh D 64 Kbit/s, vì vậy nó ñược gọi là 23B+D. ISDN PRI sử dụng trong các doanh nghiệp yêu cầu kết nối tốc ñộ cao, thường xuyên bật. Tại châu Âu, Primary Rate thường ñược gọi là 30B+D bởi vì nó sử dụng toàn bộ ñường E-1 ñể hỗ trợ 30 kênh B và 1 kênh D1. Ngoài ñường truyền, bạn cần phần cứng ñể kết nối tới mạng WAN và ñịnh dạng chính xác tín hiệu cho loại hình kết nối bạn sử dụng. Ví dụ, phần cứng có thể là những modem chuyển tín hiệu số sang tín hiệu tương tự. Bạn sẽ sử dụng một hoặc hai loại thiết bị phần cứng dưới ñây cho các mạng số hoàn toàn. Hình 3: PRI Multiplexer (Bộ dồn kênh) Như hình vẽ dưới ñây, bộ dồn kênh hoạt ñộng tại hai ñầu của ñường truyền. Tại ñầu gửi tín hiệu, bộ dồn kênh là thiết bị kết hợp tín hiệu từ hai hay nhiều thiết bị khác ñể truyền trên một ñường truyền. Tại ñầu nhận, một bộ dồn kênh với chức năng giải kênh sẽ tách tín hiệu kết hợp thành tín hiệu riêng rẽ như ban ñầu. Nhiều bộ ñịnh tuyến trên mạng WAN có tích hợp sẵn các bộ dồn kênh. Hình 4: Multiplexer Bộ dồn kênh thống kê (Statistical multiplexer): Sử dụng các kênh ảo riêng biệt trên cùng một ñường truyền vật lý ñể gửi ñồng thời những tín hiệu khác nhau. (các tín hiệu ñược chuyển cùng một lúc trên ñường truyền) Bộ dồn kênh phân chia theo thời gian (Time-division multiplexer): Gửi các gói dữ liệu của các tín hiệu khác nhau ở những khoảng thời gian khác nhau. Thay vì chia ñường truyền vật lý thành các kênh, nó cho phép các dòng dữ liệu sử dụng ñường truyền ở những “khe” thời gian xác ñịnh (các tín hiệu lần lượt ñược sử dụng ñường truyền trong những khoảng thời gian ngắn). CSU/DSU (Chanel Service Unit/Data Service Unit) ðây là thiết bị kết nối các mạng với ñường truyền tốc ñộ cao như T-1. Thiết bị này ñịnh dạng các dòng dữ liệu thành các khuôn dạng khung (framing) và xác ñịnh mã ñường truyền cho các ñường truyền số. Một số CSU/DSU còn là các bộ dồn kênh, hoặc ñược tích hợp sẵn trong các bộ ñịnh tuyến. Bạn cũng có thể nghe nói về CSU/DSU là một dạng modem số nhưng ñiều này không hoàn toàn chính xác. Modem chuyển dữ liệu từ dạng tương tự sang dạng số và ngược lại trong khi ñó CSU/DSU chỉ ñịnh dạng lại các dữ liệu từ dạng số ñã có. Hình 5: CSU/DSU - CSU nhận tín hiệu và truyền tín hiệu nhận ñược tới ñường dây mạng WAN, phản xạ tín hiệu trả lời khi các công ty ñiện thoại cần kiểm tra thiết bị và ngăn nhiễu ñiện từ. - DSU tương tự như một modem giữa DTE và CSU. Nó chuyển các khung dữ liệu từ ñịnh dạng sử dụng trong mạng LAN thành ñịnh dạng sử dụng trên ñường T-1 và ngược lại. Nó còn quản lý ñường dây, lỗi phân chia thời gian và tái tạo tín hiệu. Các giao thức giao diện Có các loại giao thức “giao diện” khác nhau cho kết nối mạng WAN. “Giao diện”, trong ngữ cảnh này, liên quan tới ñịnh dạng của các khung tầng vật lý hoặc các phương pháp xác lập tín hiệu bit (ñịnh dạng các xung ñiện từ). Các giao thức nối tiếp ñồng bộ (Synchronous Serial Protocols) Các giao thức nối tiếp ñồng bộ sử dụng tín hiệu ñồng hồ chính xác giữa DCE và DTE ñể truyền dữ liệu theo thời gian. Trong truyền thông ñồng bộ, một số lượng lớn khung dữ liệu ñược gửi ñi khi ñồng hồ ñồng bộ và tốc ñộ truyền dữ liệu ñược xác lập từ trước. ðây là phương pháp truyền thông sử dụng băng thông rất hiệu quả. Hình 6: Truyền ñồng bộ Các giao thức truyền tín hiệu ñồng bộ bao gồm: - V.35 - RS -232 (EAI/TIA) - X.21 - RS-449 - RS-530 Mặc dù mỗi giao thức “giao diện” sử dụng một loại bộ kết nối riêng, phần lớn các bộ kết nối có thể ñược sử dụng cho nhiều giao diện khác nhau. Thông thường, loại phần cứng bạn có sẽ quyết ñịnh bộ kết nối nào ñược sử dụng. Trong thực tế, hãy kiểm tra số ñầu cắm trong bộ kết nối ñể chắc chắn nó phù hợp với cổng nối tiếp của thiết bị. Những loại bộ kết nối phổ biến gồm (các số thể hiện số chân cắm trong bộ kết nối): - DB60 - DB25 - DB15 - DB9 Các giao thức không ñồng bộ (Asynchronous Protocol) Các giao thức truyền không ñồng bộ sẽ ñưa thêm các bít bắt ñầu (start bit) và bit kết thúc (stop bit) vào mỗi gói tin ñể truyền thin, thay vì bắt buộc thiết bị gửi và thiết bị nhận sử dụng thoả thuận trước về nhịp ñồng hồ. Truyền tín hiệu không ñồng bộ thường ñược sử dụng giữa 2 modem. Tuy nhiên, ñây là phương pháp truyền có phụ phí vì các bit phụ thêm sẽ làm chậm tốc ñộ truyền dữ liệu. Hình 7: Truyền ñồng bộ Các giao thức không ñồng bộ ñược sử dụng ñể thiết lập chuẩn cho truyền thông của các modem tương tự. Một modem bạn mua về có thể hỗ trợ một hoặc nhiều chuẩn truyền thông không ñồng bộ khác nhau. Các giao thức truyền thông không ñồng bộ bao gồm: - V.92 - V.45 - V.35 - V.34 - V.32, V.32 bis, V.32 turbo - V.22 Truyền tín hiệu không ñồng bộ sử dụng ñường dây ñiện thoại và jack cắm chuẩn. Các bộ kết nối có thể là: - RJ-11 (2dây) - RJ-45 (4 dây) - RJ-48 Các phương pháp ñóng gói dữ liệu trong mạng WAN Các giao thức lớp vật lý của mạng WAN sẽ xác ñịnh phần cứng và phương pháp truyền tín hiệu bit. Các giao thức thuộc lớp liên kết dữ liệu sẽ kiểm soát những chức năng dưới ñây: - Kiểm tra và sửa lỗi - Thiết lập liên kết - Tổ chức các trường (field) của khung dữ liệu - ðiều khiển luồng ñiểm tới ñiểm (point-to-point flow control) Các giao thức lớp liên kết vật lý còn xác ñịnh phương pháp ñóng gói dữ liệu hoặc ñịnh dạng của khung dữ liệu. Phương pháp ñóng gói dữ liệu trong mạng WAN thường ñược gọi là HDLC (high-level data link control - ñiều khiển liên kết dữ liệu mức cao). Thuật ngữ này vừa là tên chung cho các giao thức Liên kết Dữ liệu vừa là tên của một giao thức trong bộ giao thức và dịch vụ mạng WAN. Tuỳ thuộc vào dịch vụ mạng WAN và phương pháp kết nối, bạn có thể sử dụng một trong những phương pháp ñóng gói dữ liệu sau ñây: - Cisco HDLC cho kết nối ñồng bộ, ñiểm tới ñiểm với các bộ ñịnh tuyến Cisco khác. - LAPB cho mạng X.25 - LAPD, sử dụng kết hợp với các giao thức khác cho các kênh B trong mạng ISDN. - Cisco/IETF cho các mạng Frame Relay Hình 8: Các phương pháp ñóng gói dữ liệu trong mạng WAN Hình bên cho chúng ta thấy những phương pháp ñóng gói dữ liệu thông thường nhất và cách thức sử dụng cho các loại kết nối mạng WAN ñiển hình. Như có thể thấy trong hình vẽ, PPP là phương pháp linh hoạt có thể sử dụng cho nhiều loại kết nối mạng WAN . Nói chung, sử dụng phương pháp nào sẽ phụ thuộc vào loại của dịch vụ mạng WAN, chẳng hạn Frame Relay hay ISDN, và cả phương pháp ñóng gói dữ liệu của nhà cung cấp dịch vụ mạng