Những thông tin cơ bản về thiết bị mạng

Những cái tên như Switch, Router hay Hub chắc chắn sẽ không còn xa lạ với những ai có chút kiến thức về công nghệ. Đây là những thiết bị mạng cần thiết để chúng ta có thể kết nối đường truyền Internet tới các máy tính trong gia đình, văn phòng,… Và từng thiết bị đó đều có những đặc điểm riêng biệt khác nhau, đóng những vai trò khác nhau trong việc truyền tín hiệu Internet. Trong bài viết dưới đây, Quản trị mạng sẽ mang tới bạn đọc những khái niệm cơ bản nhất về 5 thiết bị mạng phổ biến nhất, gồm Repeater, Hub, Switch, Router và Gateway.

1. Repeater là gì?

Với những nơi có không gian rộng lớn, tín hiệu đường truyền giữa các máy thính thường sẽ giảm đi. Những máy tính nào ở xa nguồn phát tín hiệu sẽ yếu hơn so với những thiết bị ở gần. Vì thế, bạn cần đến những thiết bị có khả năng khuếch đại tín hiệu, để từ đó có thể truyền tín hiệu đi xa hơn nhưng khỏe hơn.

Repeater là thiết bị ở lớp 1 (Physic Layer) trong mô hình OSI. Khi chúng ta sử dụng Repeater, tín hiệu vật lý ở đầu vào sẽ được khuếch đại, từ đó cung cấp tín hiệu ổn định và mạnh hơn cho đầu ra, để có thể đến được những vị trí xa hơn. Nếu bạn muốn đảm bảo tốc độ đường truyền với những khu vực văn phòng làm việc lớn, hay sử dụng trong điện tín, truyền thông tin qua sợi quang,… thì bạn nên chọn Repeater.

Ví dụ, một repeater giúp tăng phạm vi và cường độ của tín hiệu WiFi được gọi là bộ khuếch đại sóng WiFi hoặc repeater không dây. Thiết bị mở rộng phạm vi sóng WiFi rất hữu ích trong các tòa nhà văn phòng, trường học và nhà kho, nơi một router không dây duy nhất không thể tiếp cận tất cả các khu vực của tòa nhà.

Repeater giúp tăng phạm vi và cường độ của tín hiệu WiFi

Bởi vì repeater chỉ hoạt động ở lớp vật lý, nên nó không thông minh như bridge, gateway hay router.

Tại sao cần sử dụng repeater?

Khi một tín hiệu điện được truyền qua một kênh, nó sẽ bị suy giảm tùy thuộc vào bản chất của kênh hoặc công nghệ. Điều này gây ra hạn chế về độ dài của mạng LAN hoặc vùng phủ sóng của mạng di động. Vấn đề này được giảm bớt bằng cách cài đặt các repeater ở những khoảng cách nhất định.

Repeater khuếch đại tín hiệu bị suy giảm và sau đó truyền lại. Các repeater kỹ thuật số thậm chí có thể tái tạo lại các tín hiệu bị bóp méo do mất đường truyền. Vì vậy, các repeater được kết hợp phổ biến để kết nối giữa hai mạng LAN và tạo thành một mạng LAN lớn duy nhất. Điều này được thể hiện trong sơ đồ sau:

Repeater được kết hợp để kết nối hai mạng LAN

Các loại repeater

Theo loại tín hiệu mà chúng tái tạo, repeater có thể được phân thành hai loại:

• Analog repeater (repeater analog) – Chúng chỉ có thể khuếch đại tín hiệu analog.
• Digital repeater (repeater kỹ thuật số) – Chúng có thể tái tạo lại tín hiệu bị méo.

Theo loại mạng mà chúng kết nối, repeater có thể được phân thành hai loại:

• Repeater có dây – Chúng được sử dụng trong mạng LAN có dây.
• Repeater không dây – Chúng được sử dụng trong mạng LAN không dây và mạng di động.

Theo domain của mạng LAN mà chúng kết nối, repeater có thể được chia thành hai loại:

• Repeater cục bộ – Chúng kết nối các LAN segment cách nhau một khoảng cách nhỏ.
• Repeater từ xa – Chúng kết nối các mạng LAN cách xa nhau.

Ưu điểm của repeater

• Các repeater được cài đặt đơn giản và có thể dễ dàng mở rộng chiều dài hoặc vùng phủ sóng của mạng.
• Chúng có hiệu quả về chi phí.
• Repeater không yêu cầu bất kỳ chi phí xử lý nào. Thời điểm duy nhất chúng cần được kiểm tra là trong trường hợp xuất hiện việc giảm hiệu suất.
• Repeater có thể kết nối tín hiệu bằng các loại cáp khác nhau.

Nhược điểm của repeater

• Repeater không thể kết nối các mạng khác nhau.
• Repeater không thể phân biệt giữa tín hiệu thực tế và nhiễu.
• Repeater không thể làm giảm lưu lượng mạng hoặc tắc nghẽn.
• Hầu hết các mạng đều có giới hạn về số lượng repeater có thể được triển khai.

2. Khái niệm về Hub

Hub sở hữu nhiều cổng từ 4 lên tới 24 cổng, và được coi như là một Repeater nhiều cổng. Khi thông tin được truyền tín hiệu vào một cổng của Hub, các cổng khác cũng sẽ nhận được thông tin ngay lập tức.

Đặc điểm của Hub

• Hub hoạt động trong lớp vật lý của mô hình OSI.
• Hub không thể lọc dữ liệu. Nó là một thiết bị mạng không thông minh và gửi thông tin đến tất cả các cổng.
• Hub chủ yếu phát đi các thông tin. Vì vậy, collision domain của tất cả các node được kết nối qua hub vẫn là một.
• Chế độ truyền của hub là bán song công.
• Xung đột có thể xảy ra trong quá trình thiết lập truyền khi nhiều máy tính đặt dữ liệu đồng thời vào các cổng tương ứng.
• Vì hub thiếu sự thông minh để tính toán đường dẫn tốt nhất cho việc truyền các gói dữ liệu, nên làm xảy ra sự thiếu hiệu quả và lãng phí.
• Hub là các thiết bị thụ động, chúng không có bất kỳ phần mềm nào được liên kết.

Các loại Hub

Hiện nay có 2 loại Hub phổ biến là Active Hub và Smart Hub:

• Active Hub: loại Hub này thường được dùng phổ biến hơn rất nhiều, cần được cấp nguồn khi hoạt động. Active Hub dùng để khuếch đại tín hiện đến và chia ra những cổng còn lại để đảm bảo tốc độ tín hiệu cần thiết khi sử dụng.
• Smart Hub: hay còn gọi là Intelligent Hub cũng có chức năng làm việc tương tự như Active Hub, nhưng được tích hợp thêm chip có khả năng tự động dò lỗi trên mạng.

Ngoài ra còn có Passive Hub (hub thụ động). Những hub thụ động kết nối các node trong cấu hình hình sao. Chúng phát tín hiệu lên mạng mà không cần khuếch đại hoặc tái tạo chúng. Vì chúng không thể mở rộng khoảng cách giữa các node, nên sẽ giới hạn kích thước của mạng LAN.

3. Thiết bị mạng Bridge là gì?

Nếu Repeater là lớp thứ nhất trong mô hình OSI thì Bridge là lớp thứ 2 trong mô hình này (Data Link Layer). Công cụ này được dùng để kết nối giữa hai mạng để tạo thành một mạng lớn, chẳng hạn cầu nối giữa hai mạng Ethernet.

Khi có một máy tính này truyền tín hiệu tới một máy khác với hai mạng hoàn toàn khác nhau, thì Bridge sẽ sao chép lại gói tin và gửi nó tới mạng đích.

Như vậy, dù các máy tính thuộc mạng khác nhau vẫn có thể truyền tín hiệu cho nhau mà không cần biết đến sự xuất hiện của Bridge, do nó hoạt động trong suốt. Một Bridge có thể xử lý được nhiều lưu thông trên mạng cũng như địa chỉ IP cùng một lúc. Tuy nhiên, Bridge chỉ kết nối những mạng cùng loại và sử dụng cho những mạng tốc độ cao sẽ khó hơn nếu chúng nằm cách xa nhau.

Bridge có thể thực hiện nhiệm vụ bằng cách sử dụng dây cáp hoặc qua mạng không dây, không cần đến dây cáp. Nếu các máy tính được kết nối qua mạng không dây, nó được gọi là bridge không dây.

Dữ liệu trong Bridge

Bridge được sử dụng để chuyển frame từ mạng này sang mạng khác. Bridge duy trì MAC nơi các địa chỉ được lưu trữ. Đây là một tính năng chính không có trong các thiết bị Repeater và Hub. Một số người còn gọi Bridge là Switch Layer 2.

Hoạt động của một Bridge

Bridge thường được sử dụng trong mạng cục bộ. Ngoài ra, rất dễ dàng để chuyển dữ liệu đến tất cả các node, trong trường hợp không biết địa chỉ MAC của node đích.

Bridge được sử dụng để kết nối một hoặc nhiều thiết bị mà mạng được truyền qua. Sử dụng bridge, một hoặc nhiều mạng có thể hoạt động như một mạng duy nhất.

Hoạt động của bridge rất đơn giản, frame được gửi trực tiếp đến tất cả các node khác nhau, kết nối bằng cách sử dụng bridge.

Nếu có bất kỳ sự cố nào xảy ra trong bridge và frame nhận được dành cho các segment nằm trên cùng một mạng thì node sẽ bị loại bỏ. Bằng cách này, xung đột xảy ra được giải quyết một cách dễ dàng.

Đồng thời, nếu bridge nhận được bất kỳ frame nào có địa chỉ MAC chính xác và gửi đến mạng được kết nối thì trong những trường hợp như vậy, frame được truyền mà không gặp bất kỳ vấn đề gì.

4. Switch là gì?

Switch được coi như một Bridge nhiều cổng. Tuy nhiên, Bridge chỉ có 2 cổng làm việc để liên kết thì Switch lại có khả năng kết nối được nhiều hơn tùy thuộc vào số cổng có trên Switch. Công cụ này có 2 chức năng chính là chuyển các khung dữ liệu từ nguồn đến đích, xây dựng các bảng Switch.

Switch là thiết bị phần cứng mạng cho phép liên lạc giữa các thiết bị trong một mạng, ví dụ như mạng gia đình cục bộ của bạn. Hầu hết các router trong doanh nghiệp nhỏ và hộ gia đình đều có các Switch tích hợp.

Những tên gọi khác của Switch

Switch được gọi chính xác hơn là Network Switch (thiết bị chuyển mạng), mặc dù bạn hiếm khi thấy thiết bị này được gọi với cái tên như vậy. Một Switch cũng thường được gọi là hub chuyển mạch.

Những lưu ý quan trọng về switch

• Switch được tìm thấy ở cả hai hình thức không được quản lý và quản lý.
• Switch không được quản lý không có tùy chọn và chỉ đơn giản là làm việc ngay lập tức.
• Switch được quản lý có các tùy chọn nâng cao có thể được định cấu hình. Switch được quản lý cũng chứa phần mềm, được gọi là firmware cần được cập nhật, do nhà sản xuất Switch phát hành.
• Switch chỉ kết nối với các thiết bị mạng khác thông qua cáp mạng và do đó không yêu cầu các driver để hoạt động trong Windows hoặc các hệ điều hành khác.

Nhà sản xuất Switch phổ biến

Có nhiều hãng sản xuất thiết bị mạng, trong đó những nhà sản xuất switch phổ biến nhất là: Cisco, Netgear, HP, D-Link.

Mô tả về Switch

Switch kết nối các thiết bị mạng khác nhau lại với nhau, như các máy tính, và cho phép các thiết bị đó liên lạc với nhau. Switch có một số cổng mạng, đôi khi có thể lên tới hàng chục cổng, để kết nối nhiều thiết bị với nhau.

Thông thường, một Switch kết nối vật lý, thông qua cáp mạng, đến một router và sau đó về mặt vật lý, một lần nữa thông qua cáp mạng, tới các card giao diện mạng trong bất kỳ thiết bị mạng nào bạn có.

Nhiệm vụ chính của switch

Dưới đây là một số điều phổ biến mà bạn có thể thực hiện liên quan đến Switch được quản lý:

• Thay đổi mật khẩu của Switch
• Cập nhật firmware của Switch

Tốc độ hoạt động của Switch cao hơn rất nhiều so với Repeater, khả năng hoạt động cũng tích cực hơn do cung cấp nhiều chức năng hơn như tạo mạng LAN ảo (VLAN).

5. Router là gì?

Router được xếp ở lớp thứ 3 của mô hình OSI (Network Layer), có nhiệm vụ kết nối hai hoặc nhiều mạng IP với nhau.

Router kết nối các loại mạng khác nhau, từ những Ethernet cục bộ tốc độ cao cho đến đường dây điện thoại đường dài có tốc độ chậm. Nhưng khả năng làm việc của Router chậm hơn Bridge, do cần phải tính toán để tìm ra đường đi cho các gói tín hiệu, đặc biệt khi kết nối với các mạng không cùng tốc độ thì lại càng phải cần làm việc nhiều hơn.

6. Thiết bị Gateway là gì?

Gateway kết nối hai mạng có giao thức khác nhau, như mạng dùng giao thức IP với mạng sử dụng giao thức IPX, Novell, DECnet, SNA… Với những máy tính trong các mạng sử dụng các giao thức khác nhau có thể dễ dàng kết nối được với nhau.

Gateway có khả năng phân biệt các giao thức, ứng dụng khi chuyển thư điện tử từ mạng này sang mạng khác, chuyển đổi một phiên làm việc từ xa.

Đặc điểm của Gateway

• Gateway nằm ở ranh giới của một mạng và quản lý tất cả dữ liệu vào hoặc ra khỏi mạng đó.
• Nó tạo thành một đường dẫn giữa hai mạng khác nhau, hoạt động với các giao thức truyền dẫn khác nhau.
• Gateway hoạt động như một bộ chuyển đổi giao thức, cung cấp khả năng tương thích giữa những giao thức khác nhau được sử dụng trong hai mạng khác nhau.
• Điểm khác biệt giữa Gateway với các thiết bị mạng khác là nó có thể hoạt động ở bất kỳ lớp nào của mô hình OSI.
• Nó cũng lưu trữ thông tin về đường dẫn định tuyến của các mạng giao tiếp.
• Khi được sử dụng trong bối cảnh doanh nghiệp, một node Gateway có thể được bổ sung làm proxy server hoặc tường lửa.
• Gateway thường được triển khai dưới dạng một node có nhiều NIC (Network Interface Card) được kết nối với các mạng khác nhau. Tuy nhiên, nó cũng có thể được cấu hình bằng phần mềm.
• Nó sử dụng kỹ thuật chuyển mạch gói để truyền dữ liệu qua các mạng.

Các loại Gateway

Trên cơ sở hướng của luồng dữ liệu, các Gateway được chia thành hai loại:

• Gateway một chiều – Chúng cho phép dữ liệu chỉ lưu chuyển theo một hướng. Các thay đổi được thực hiện trong node nguồn được sao chép trong node đích, nhưng không phải ngược lại. Chúng có thể được sử dụng làm công cụ lưu trữ.
• Gateway hai chiều – Chúng cho phép dữ liệu truyền theo cả hai hướng. Chúng có thể được sử dụng làm công cụ đồng bộ.

Trên cơ sở chức năng, có thể có nhiều loại Gateway, nổi bật trong số đó là:

– Gateway mạng – Đây là loại Gateway thông dụng nhất cung cấp interface giữa hai mạng khác nhau, hoạt động với các giao thức khác nhau. Bất cứ khi nào thuật ngữ Gateway được đề cập mà không chỉ định loại, thì nó được hiểu là Gateway mạng.

– Gateway lưu trữ đám mây – Nó là một node mạng hoặc máy chủ chuyển các yêu cầu lưu trữ bằng những lệnh gọi API dịch vụ lưu trữ đám mây khác nhau, chẳng hạn như SOAP (Simple Object Access Protocol) hoặc REST (REpresentational State Transfer). Nó tạo điều kiện tích hợp lưu trữ đám mây riêng vào các ứng dụng mà không cần yêu cầu chuyển những ứng dụng vào bất kỳ đám mây công cộng nào, do đó đơn giản hóa việc giao tiếp dữ liệu.

– Gateway Internet-To-Orbit (I2O) – Nó kết nối các thiết bị trên Internet với vệ tinh và tàu vũ trụ quay quanh trái đất. Hai gateway I2O nổi bật là Project HERMES và Global Educational Network for Satellite Operations (GENSO).

– IoT Gateway – IoT Gateway đồng hóa dữ liệu cảm biến từ các thiết bị IoT (Internet of Things) tại hiện trường và chuyển đổi giữa các giao thức cảm biến trước khi gửi lên mạng đám mây. Chúng kết nối các thiết bị IoT, mạng đám mây và những ứng dụng của người dùng.

– VoiP Trunk Gateway – Nó tạo điều kiện cho việc truyền dữ liệu giữa các thiết bị POTS (Plain Old Telephone Service) như điện thoại cố định và máy fax, với mạng VoIP (Voice Over Internet Protocol).

Tham khảo thêm các bài sau đây:

Hy vọng bài viết trên hữu ích với bạn!