Cấu trúc mạng và phần cứng
Đã giới thiệu| English | Ý nghĩa |
|---|---|
| collision/kəˈlɪʒn/ | xung đột |
| topology/təˈpɒlədʒi/ | kiến trúc mạng |
| bus/bʌs/ | bục总线 |
| bandwidth/ˈbændwɪdθ/ | băng thông |
| star/stɑː/ | hình sao |
| switch/swɪtʃ/ | bộ chuyển mạch |
| mesh/meʃ/ | mạng lưới dạng lưới |
| fault-tolerant/fɒlt ˈtɒlərənt/ | chống lỗi |
| packet/ˈpækɪt/ | gói tin |
| network interface card/ˈnetwɜːk ˈɪntəfeɪs kɑːd/ | thẻ giao tiếp mạng |
| MAC address/mæk əˈdres/ | địa chỉ MAC |
| wireless network interface card/ˈwaɪələs ˈnetwɜːk ˈɪntəfeɪs kɑːd/ | thẻ giao tiếp mạng không dây |
| hub/hʌb/ | bộ chia tín hiệu |
| wireless access point/ˈwaɪələs ˈækses pɔɪnt/ | điểm truy cập không dây |
| bridge/brɪdʒ/ | cầu nối mạng |
| repeater/rɪˈpiːtə/ | bộ khuếch đại tín hiệu |
| router/ˈruːtə/ | bộ định tuyến |
| IP address/ˌaɪ ˈpiː əˈdres/ | địa chỉ IP |
| routing table/ˈraʊtɪŋ ˈteɪbl/ | bảng định tuyến |
| packet switching/ˈpækɪt ˈswɪtʃɪŋ/ | chuyển đổi gói tin |
| network address translation/ˈnetwɜːk əˈdres trænˈsleɪʃn/ | chuyển đổi địa chỉ mạng |
| DHCP/ˌdiː eɪtʃ siː ˈpiː/ | Giao thức cấu hình máy chủ động |
| firewall/ˈfaɪəwɔːl/ | tường lửa |
| full-duplex/fʊl ˈdjuːpleks/ | toàn bộ đôi |
| CSMA/CD/ˌsiː es em ˈeɪ ˌsiː ˈdiː/ | Nghe trước khi gửi đa phân cực / phát hiện va chạm |
Cáp từng là đường dây chung
- Ethernet đầu tiên, vào năm 1973, là một cáp đồng trục chạy dọc theo một tòa nhà nghiên cứu Xerox. Mỗi máy tính đều được nối vào cùng một đường dây và truyền tín hiệu lên đó.
- Nếu hai máy phát tín hiệu cùng lúc, cả hai đều bị hỏng, nên các nhà thiết kế đã vay mượn quy tắc từ cuộc trò chuyện lịch sự: nghe trước, và nếu va chạm, dừng lại, đợi một khoảng ngẫu nhiên, rồi thử lại.
- Quy tắc này vẫn còn trong chương trình học, ngay cả khi mạng hiện đại sắp xếp cáp sao cho va chạm không bao giờ xảy ra.
- Bài học này là hình dạng của mạng, các hộp tạo nên nó, và các quy tắc Ethernet để chia sẻ cáp.
Bốn cấu trúc mạng
- Topology của mạng là cách các nút và liên kết được sắp xếp.
- Bus: mọi thiết bị trên một cáp chung với bộ kết thúc ở mỗi đầu. Rẻ, nhưng nếu cáp hỏng toàn bộ LAN sẽ hỏng, và hiệu suất giảm khi nhiều thiết bị chia sẻ băng thông.
- Star: mỗi thiết bị trên cáp riêng đến một switch trung tâm. Cáp hỏng chỉ ảnh hưởng một thiết bị; switch hỏng làm sập tất cả. Đây là LAN phổ biến nhất hiện nay.
- Mesh: mỗi thiết bị liên kết trực tiếp với nhau, nên có nhiều đường đi và lưu lượng绕行 lỗi. Rất chống lỗi, nhưng tốn nhiều cáp. Hybrid kết hợp chúng: star trong mỗi văn phòng, mesh nối giữa các văn phòng.
Bus, star và mesh: một cáp, một trung tâm, hoặc nhiều đường đi
So sánh các cấu trúc mạng
Nhấn vào bốn cấu trúc. Mỗi loại đánh đổi giữa chi phí, tốc độ và khả năng chịu lỗi — hãy chú ý những gì làm hỏng toàn bộ mạng trong từng loại.
Gắn mỗi cấu trúc với đặc điểm xác định của nó.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Bus chia sẻ một cáp, ngôi sao dùng bộ chuyển mạch trung tâm, mesh có nhiều đường dẫn, hỗn hợp kết hợp chúng.
Trong cấu trúc hình ngôi sao, điều gì xảy ra nếu cáp của một thiết bị bị hỏng?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Mỗi thiết bị có liên kết riêng đến bộ chuyển mạch trung tâm, nên việc một cáp bị hỏng chỉ ảnh hưởng đến thiết bị đó. (Nếu bộ chuyển mạch hỏng, tất cả đều sập.)
Gói tin di chuyển trong từng cấu trúc như thế nào
- Bus: người gửi đặt gói tin lên cáp chung; mọi thiết bị thấy nó, và chỉ thiết bị có địa chỉ trùng khớp mới nhận. Một lần truyền duy nhất, nên va chạm xảy ra.
- Star: người gửi gửi gói tin đến switch, đọc địa chỉ đích và chuyển hướng xuống cáp đến thiết bị đó. Các cặp khác có thể nói chuyện cùng lúc.
- Mesh: gói tin được chuyển tiếp từ nút sang nút dọc theo một trong các đường khả dụng; nếu một liên kết tắt, đường khác sẽ được dùng.
Trong cấu trúc hình ngôi sao, gói tin đi từ PC A đến PC B như thế nào?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Bộ chuyển mạch đọc địa chỉ MAC đích và chuyển tiếp đến một cổng, đó là lý do tại sao các cặp thiết bị khác có thể nói chuyện cùng lúc.
Ví dụ minh họa: biện minh cho cấu trúc mạng
- Phòng máy tính trường học với ba mươi PC. Star: cáp hỏng chỉ ảnh hưởng một PC; thêm PC mới là thêm một cáp vào switch; switch có nghĩa là không va chạm.
- Hệ thống quan trọng của bệnh viện. Mesh: lỗi ở một liên kết được绕行, nên không có thất bại đơn lẻ nào stop traffic.
- Liên kết tạm thời giữa ba thiết bị mà chi phí là ưu tiên hàng đầu. Bus: một cáp và không cần switch.
- "Vẽ sơ đồ hình sao" nghĩa là một bộ chuyển đổi ở giữa với một đường nối từ đó đến từng thiết bị: không phải vòng tròn, cũng không phải chuỗi.
Gắn mỗi tình huống với cấu trúc phù hợp nhất.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Ngôi sao cô lập lỗi cáp, mesh định tuyến lại quanh bất kỳ lỗi nào, bus chỉ có một cáp và không còn gì khác.
Phần cứng LAN
- Card giao diện mạng (NIC) cho phép thiết bị gửi và nhận trên mạng và mang địa chỉ MAC 48-bit duy nhất. Thiết bị không dây dùng card giao diện mạng không dây (WNIC).
- Switch chuyển hướng mỗi frame chỉ đến port cho địa chỉ MAC đích; hub đã lỗi thời sao chép mọi frame đến mọi port. Điểm truy cập không dây (WAP) cho phép client không dây tham gia LAN có dây.
- Server cung cấp dịch vụ cho các thiết bị khác; bridge nối hai phân đoạn LAN thành một mạng; repeater nhận tín hiệu yếu và tái truyền ở cường độ đầy đủ để mở rộng phạm vi cáp.
Switch ở trung tâm của cấu trúc star
Switch đọc địa chỉ đích MAC và chuyển hướng đến một port
Địa chỉ phần cứng 48-bit duy nhất và cố định của NIC được gọi là địa chỉ ______ của nó.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Địa chỉ MAC được ghi sẵn vào card giao diện mạng. (DHCP cấp phát địa chỉ IP, có thể thay đổi.)
Bộ chuyển mạch khác với hub (trung tâm chia sẻ) như thế nào?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Bộ chuyển mạch gửi mỗi khung dữ liệu chỉ qua cổng của đích (hiệu quả, an toàn hơn). Hub đã sao chép đến tất cả các cổng. Định tuyến theo IP là nhiệm vụ của router.
Bộ chuyển mạch thông minh hơn hub vì nó gửi mỗi khung dữ liệu chỉ đến cổng của đích, chứ không phải đến mọi cổng.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Điều này làm cho mạng có bộ chuyển mạch nhanh hơn và an toàn hơn so với mạng dựa trên hub cũ.
Thiết bị nào mở rộng hoặc nối thêm phạm vi vật lý của LAN? Chọn tất cả các đáp án đúng.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Bộ repeater kéo dài đoạn cáp, bridge nối hai phân đoạn, WAP thêm thiết bị không dây. NIC nằm bên trong một thiết bị.
Ví dụ minh họa: mô tả chức năng của WNIC
- Câu trả lời bốn điểm, một điểm mỗi dòng.
- Nó chuyển đổi dữ liệu của thiết bị thành tín hiệu vô tuyến và chuyển đổi tín hiệu vô tuyến tới trở lại thành dữ liệu.
- Nó mang địa chỉ MAC duy nhất của thiết bị, vậy frame có thể được định址 đến nó.
- Nó kết nối thiết bị với điểm truy cập không dây và tuân thủ giao thức không dây, sử dụng kênh và tần số đã thỏa thuận.
AWNIC chuyển đổi dữ liệu của thiết bị thành ____ tín hiệu và ngược lại.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Chuyển đổi radio, địa chỉ MAC, kết nối với điểm truy cập và tuân thủ giao thức không dây là bốn chức năng mà đề thi liệt kê.
Bộ định tuyến
- Router kết nối các mạng khác nhau và chuyển hướng dữ liệu giữa chúng, thường ở ranh giới của LAN và internet.
- Nó đọc địa chỉ IP đích của mỗi gói tin và chuyển tiếp nó qua cổng phù hợp bằng cách sử dụng bảng định tuyến. Đó chính là chuyển gói tin: các gói tin của một thông điệp có thể đi theo các đường dẫn khác nhau và được ghép lại theo thứ tự tại điểm đến.
- Bộ định tuyến gia đình cũng thực hiện chuyển đổi địa chỉ mạng (NAT), cho phép nhiều địa chỉ riêng tư chia sẻ một địa chỉ công khai; chạy DHCP để cấp phát các địa chỉ riêng tư; và hoạt động như một tường lửa chống lại lưu lượng vào không mong muốn.
Switch hoạt động với địa chỉ MAC bên trong LAN; router hoạt động với địa chỉ IP giữa các mạng
Nhiệm vụ chính của router là:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Router nối các mạng (ví dụ: LAN với internet) và chuyển tiếp gói tin sử dụng địa chỉ IP đích và bảng định tuyến.
Ethernet
- Ethernet là tiêu chuẩn cho LAN có dây: các thiết bị được kết nối bằng cáp xoắn đôi hoặc cáp quang, dữ liệu được gửi dưới dạng khung mang địa chỉ MAC nguồn và đích.
- Trên môi trường chia sẻ, hai thiết bị có thể truyền cùng lúc, và hai tín hiệu sẽ làm hỏng lẫn nhau: đây gọi là va chạm.
- Ethernet chuyển mạch hiện đại sử dụng liên kết điểm-điểm toàn song công giữa mỗi thiết bị và switch, do đó va chạm không còn xảy ra, nhưng giao thức xử lý chúng vẫn được nghiên cứu.
CSMA/CD
- CSMA/CD là Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (Cảm biến sóng mang Truy cập Đa phương tiện Phát hiện Va chạm).
- Cảm biến sóng mang: lắng nghe trước khi gửi, và chờ đợi nếu cáp đang bận. Truy cập đa phương tiện: nhiều thiết bị chia sẻ môi trường truyền.
- Phát hiện va chạm: tiếp tục lắng nghe trong khi gửi. Khi xảy ra va chạm, dừng lại, gửi một tín hiệu nhiễu ngắn để mọi thiết bị đều biết, chờ một khoảng thời gian phản hồi ngẫu nhiên, sau đó thử lại. Thời gian chờ ngẫu nhiên này ngăn chặn việc hai thiết bị giống nhau va chạm lần nữa.
Lắng nghe, gửi, phát hiện, gây nhiễu, phản hồi, thử lại
Sắp xếp các bước CSMA/CD theo thứ tự cho một thiết bị muốn truyền trên cáp chung.
Difficulty 3/5 · 200 coins + a small bonus on first completion today
Thị cảm mang → truyền → phát hiện va chạm → chặn → trễ ngẫu nhiên. Thời gian chờ ngẫu nhiên ngăn cả hai thiết bị va chạm ngay lập tức khi thử lại.
Ví dụ giải chi tiết: ba nhiệm vụ CSMA/CD
- Mô tả cách một thiết bị trên Ethernet chia sẻ truyền dữ liệu và xử lý va chạm. [3]
- Thiết bị lắng nghe cáp, cảm biến sóng mang, và chỉ truyền khi cáp rảnh.
- Nó tiếp tục kiểm tra xem có xảy ra va chạm hay không trong suốt quá trình truyền.
- Khi va chạm xảy ra, nó dừng lại, gửi tín hiệu nhiễu, chờ một khoảng thời gian ngẫu nhiên và gửi lại. Ba nhiệm vụ, ba điểm số, theo đúng thứ tự đó.
Sau khi va chạm, CSMA/CD khiến cả hai thiết bị đợi cùng một khoảng thời gian cố định trước khi gửi lại.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Thời gian trễ là ngẫu nhiên. Nếu cả hai đợi cùng một khoảng thời gian, chúng sẽ va chạm ngay khi thử lại.
Điểm số dễ mất
- Switch chuyển tiếp dựa trên địa chỉ MAC trong cùng một mạng; router chuyển tiếp dựa trên địa chỉ IP giữa các mạng. Hoán đổi chúng sẽ mất điểm số dù ở bất kỳ vị trí nào.
- Trong kiến trúc hình sao, switch là điểm yếu duy nhất, chứ không phải các cáp kết nối.
- Thời gian phản hồi là ngẫu nhiên. Nếu chờ cố định thì hai thiết bị giống nhau sẽ lại va chạm với nhau nhiều lần.
- Hub không phải là switch: nó gửi mọi khung tin đến mọi cổng và đó là lý do nó đã lỗi thời.
Bạn đã nắm vững
- bus: một cáp chung · star: một switch, phổ biến nhất · mesh: nhiều đường dẫn, chịu lỗi cao · hybrid: sự kết hợp; biện minh dựa trên chi phí, độ tin cậy và cách một sự cố lan tỏa
- NIC/WNIC chứa địa chỉ MAC 48-bit; một switch chuyển khung tin đến một cổng cụ thể; WAP, server, bridge, repeater mỗi loại có một chức năng riêng
- Một router kết nối các mạng và chuyển tiếp gói tin theo địa chỉ IP sử dụng bảng định tuyến, cộng thêm NAT, DHCP và tường lửa
- CSMA/CD: lắng nghe, gửi trong khi lắng nghe, khi va chạm thì gây nhiễu và chờ phản hồi ngẫu nhiên; Ethernet toàn song công chuyển mạch không có va chạm