Các chế độ truyền thông tin
Chế độ truyền thông tin (Transmission Mode, Communication Mode, Directional Mode) thể hiện chiều truyền thông tin giữa hai thiết bị trong mạng. Chế độ truyền thông tin có thể được định nghĩa ở cấp độ tín hiệu hoặc ở cấp độ dữ liệu.
Người ta phân biệt ba chế độ truyền thông tin:
- Chế độ đơn công (simplex/simple mode): là chế độ truyền thông tin chỉ theo một chiều, hoặc gửi, hoặc nhận, không thể thực hiện cả hai. Một thiết bị chỉ có thể chuyên gửi hoặc nhận thông tin. Thông tin chỉ có thể di chuyển theo một chiều.
- Chế độ bán song công (half-duplex mode): là chế độ truyền thông tin hai chiều không đồng thời. Một thiết bị có thể gửi và nhận dữ liệu, nhưng không phải tại cùng một thời điểm. Thông tin có thể di chuyển theo hai chiều nhưng không đồng thời.
Chế độ song công (full-duplex mode): là chế độ truyền thông tin hai chiều đồng thời. Một thiết bị có thể nhận và gửi dữ liệu tại cùng một thời điểm. Thông tin có thể đồng thời di chuyển theo cả hai chiều.
Các phương thức truyền thông tin
Phương thức truyền thông tin (transmission method) thể hiện số lượng thiết bị có thể tham gia vào quá trình truyền thông tin.
Trong mạng máy tính có thể phát sinh nhu cầu truyền thông tin từ một thiết bị tới một, nhiều, hoặc tất cả các thiết bị khác. Do đó có các phương thức truyền thông tin khác nhau.
- Nếu một thiết bị truyền thông tin tới đúng một thiết bị khác, nó được gọi là truyền thông unicast. Đây là mô hình truyền thông tin cơ bản nhất và được sử dụng rộng rãi nhất. Mọi loại mạng đều hỗ trợ mô hình này.
- Nếu một thiết bị truyền thông tin tới tất cả các thiết bị khác trong mạng, nó được gọi là truyền thông broadcast (truyền thông quảng bá). Truyền thông quảng bá rất quan trọng đối với hoạt động của một số giao thức mạng làm nhiệm vụ hỗ trợ quá trình truyền thông. Vùng của mạng nơi có thể diễn ra truyền thông broadcast cũng được gọi là miền quảng bá (broadcast domain).
- Nếu một thiết bị truyền thông tin tới một nhóm thiết bị khác, nó được gọi là truyền thông multicast. Truyền thông multicast thường được sử dụng bởi thiết bị router và các giao thức định tuyến để xác định tình trạng của mạng.
Các phương thức này diễn ra ở nhiều cấp độ, cơ bản nhất là cấp độ mạng cục bộ, và cấp độ liên mạng.
Ở cấp độ mạng cục bộ, các công nghệ mạng LAN hiện nay hỗ trợ đầy đủ cả 3 mô hình. Ở cấp độ liên mạng chủ yếu cho phép truyền thông unicast, không cho phép truyền thông broadcast, cũng như hạn chế truyền thông multicast.
Trong mạng LAN, để thực hiện truyền thông broadcast, frame dữ liệu cần sử dụng một địa chỉ MAC đích đặc biệt với tất cả các bit bằng 1. Thông thường, các công nghệ LAN không phân biệt giữa truyền thông multicast và broadcast.
Xung đột và miền xung đột
Khi tìm hiểu về cách thức hoạt động của thiết bị repeater hoặc hub, chúng ta có thể thấy, các thiết bị này cho phép mọi thiết bị đầu cuối gắn với nó tự do truyền tín hiệu tới bất kì đích nào. Cả mạng khi này như một môi trường truyền dẫn được dùng chung bởi nhiều thiết bị đầu cuối. Nói một cách khác, môi trường mạng lúc này được chia sẻ bởi nhiều thiết bị đầu cuối với nhau.
Khi một môi trường truyền được chia sẻ bởi nhiều thiết bị có thể dẫn đến hiện tượng xung đột tín hiệu.
Xung đột tín hiệu là tình trạng tín hiệu đến từ nhiều nguồn “va chạm” nhau ở một điểm nào đó trên đường truyền làm triệt tiêu hoặc cộng dồn tín hiệu. Kết quả của xung đột là tín hiệu bị biến dạng và trở nên vô nghĩa. Khi xảy ra xung đột, quá trình truyền thông tin được xem là thất bại.
Vùng mạng nơi tín hiệu được phép di chuyển tự do (không có sự cản trở của thiết bị mạng) và có khả năng xảy ra xung đột tín hiệu được gọi là miền xung đột (collision domain). Miền xung đột càng rộng, khả năng xung đột càng lớn. Miền xung đột nhỏ ít khả năng gây xung đột hơn. Do đó, miền xung đột càng nhỏ càng tốt.
Các thiết bị repeater và hub cho phép ghép nối thêm nhiều thiết bị trong khi vẫn cho phép tín hiệu truyền tự do sẽ làm mở rộng miền xung đột. Hậu quả là hiệu suất truyền thông của mạng sẽ giảm. Các thiết bị bridge và switch không làm mở rộng miền xung đột. Thay vào đó, chúng tách một miền xung đột lớn thành nhiều miền xung đột nhỏ. Do đó, khả năng xung đột dữ liệu giảm và giúp tăng hiệu suất truyền thông.
Miền quảng bá
Vùng của mạng nơi frame dữ liệu được phép di chuyển tự do và không bị ngăn chặn bởi thiết bị mạng được gọi là một miền quảng bá (Broadcast domain).
Miền quảng bá quan trọng ở chỗ, nó là “địa bàn” hoạt động của các giao thức mạng LAN. Chỉ các thiết bị đầu cuối ở trong cùng một miền quảng bá mới có thể gửi frame dữ liệu cho nhau. Có thể hình dung rằng, mỗi miền quảng bá tương đương với một mạng LAN cơ bản (mạng LAN không chứa router).
Tất cả các thiết bị mạng repeater, hub, bridge và switch đều có tác dụng mở rộng miền quảng bá, tức là mở rộng mạng LAN.
Thiết bị router lại có tác dụng ngăn chặn frame quảng bá, và qua đó nó có tác dụng chia nhỏ miền quảng bá.
Theo cách hiểu như trên, cũng như qua nguyên tắc hoạt động của thiết bị, có thể nói rằng một miền xung đột sẽ thuộc về một miền quảng bá, và mỗi miền quảng bá có thể chứa nhiều miền xung đột.
Miền quảng bá rất quan trọng trong việc gửi dữ liệu trong LAN mà chúng ta sẽ xem xét tiếp sau đây.
Chất lượng truyền thông tin
Băng thông mạng (network bandwidth) là tốc độ truyền thông tin tối đa qua một đường liên kết.
Đơn vị cơ bản của băng thông là bps (Bits per second – số bit trong một giây). Ngoài ra, các đơn vị dẫn xuất thập phân khác cũng thường được sử dụng, bao gồm:
- Kbps (Kilobits per second): 1Kbps = 10^3bps = 1000 bps.
- Mbps (Megabits per second): 1Mbps = 10^3Kbps.
- Gbps (Gigabits per second): 1Gbps = 10^3Mbps.
- Tbps (Terabits per second): 1Tbps = 10^3Gbps.
Cần lưu ý rằng, trong lĩnh vực xử lý tín hiệu, băng thông được định nghĩa là khoảng cách giữa tần số thấp nhất và cao nhất của tín hiệu có thể truyền, và đơn vị đo cơ bản là Hz.
Chúng ta không sử dụng định nghĩa này khi nói về mạng máy tính. Vì vậy để tránh nhầm lẫn, chúng ta ghi rõ là băng thông mạng, thay vì băng thông (nói chung).
Giá trị của băng thông do công nghệ mạng quyết định. Giá trị của băng thông mạng thường là giá trị mang tính lý thuyết, có thể tính toán ra từ công nghệ sử dụng. Trên thực tế, liên kết mạng sẽ không bao giờ đạt được tốc độ này.
Thông lượng (throughput) là tốc độ truyền thông tin trung bình thực tế của một liên kết mạng. Giá trị của thông lượng phản ánh tốc độ truyền thông thực tế của liên kết mạng, đo bằng lượng thông tin truyền đi trong thời gian dài.
Thông lượng hữu dụng (goodput) là tốc độ truyền thông tin có giá trị trung bình thực tế của liên kết mạng. Mặc dù thông lượng đã phản ánh tốc độ truyền thông tin thực tế, trong mạng luôn luôn có những luồng thông tin hỗ trợ của các giao thức. Việc truyến các thông tin hỗ trợ này không có giá trị đối với ứng dụng. Do vậy, người ta đưa thêm khái niệm thông lượng hữu dụng để chỉ tốc độ truyền những thông tin có ích đối với ứng dụng.
Độ trễ (delay) là khoảng thời gian chuyển một khối dữ liệu từ node này đến node khác trong hệ thống mạng. Một số loại trễ trong quá trình truyền gói tin từ nguồn tới đích bao gồm:
- Trễ xử lý: là thời gian đóng gói hay xử lý gói tin tại các node. Trễ này phụ thuộc vào từng loại thiết bị khác nhau.
- Trễ truyền lan: thời gian truyền một bit thông tin trên đường liên kết từ nguồn tới đích.
- Trễ truyền tin: là khoảng thời gian cần thiết để truyền hết tất cả các bit của một frame lên đường truyền.
- Trễ hàng đợi: là thời gian xử lý tại hàng đợi trong các node mạng. Trong mạng chuyển mạch gói, trễ hàng đợi được tính bằng khoảng thời gian gói tin chờ từ khi vào hàng đợi đến khi ra khỏi hàng đợi. Trễ hàng đợi biến động phụ thuộc vào số lượng gói tin gửi đến một node mạng. Khi mà số lượng gói tin gửi đến vượt quá tốc độ xử lý của node, những gói tin chưa kịp xử lý được đưa lên hàng đợi để xử lý sau theo nguyên tắc vào trước ra trước.
Độ trễ trong mạng cần càng nhỏ càng tốt. Độ trễ quá lớn khiến quá trình truyền thông không ổn định. Đây cũng là một trong các lý do khoảng cách truyền thông tin và số lượng thiết bị mạng bị giới hạn.
