Giáo trình Mạng LAN

Chương I Tổng quan 
1.1. Giới thiệu các thiết bị mạng LAN. 
1.1.1. Định nghĩa 
Mạng cục bộ (Local Area Network – LAN ) là mạng nằm trong một 
phạm vi hẹp với chu vi nhỏ hơn vài chục km, nó thường là sở hữu của một 
số cơ quan, tổ chức nào đó. Ví dụ mạng trong trường học, nhà máy 
Công nghệ LAN được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là Ethernet. Nó 
đạt được sự cân bằng giữa tốc độ, giá cả, dễ cài đặt, và khả năng hỗ trợ. 
Khoảng 80% các mạng LAN đã cài đặt dùng Ethernet. 
Chuẩn Ethernet được định nghĩa bởi viện kỹ thuật điện và điện tử 
(IEEE) Hoa Kỳ trong chỉ tiêu thường biết đến dưới mã hiệu IEEE802.3. 
1.1.2. Phương tiện Ethernet và cấu trúc liên kết(Topology): 
Cáp đồng trục là phương tiện LAN đầu tiên được dùng trong cấu trúc 
liên kết tuyến (bus topology ). Trong cấu hình này cáp đồng trục tạo thành 
một tuyến đơn gắn với tất cả các trạm. Tuy nhiên ngày nay cấu trúc này rất ít 
được ử dụng. 
Một cấu trúc khác gọi là cấu trúc liên kết hình sao thì mạnh hơn. 
Trong cấu trúc liên kết hình sao, mỗi trạm được gắn vào một dây hệ trung 
tâm (HUB) bởi một đoạn cáp xoắn riêng biệt. Mỗi đầu cáp gắn với các NIC 
của các trạm và đầu kia gắn với cổng các HUB đặt trong khoang dây taị 
trung tâm 
Có thể xây dựng mạng Ethernet sử dụng các phương tiện khác nhau: 
Cáp dây xoắn, cáp đòng trục, cáp quang. 
1.1.2.1. Cấu trúc kết nối Bus. 
 Dùng cáp đồng trục. 
 Cáp đồng trục dùng làm đường truyền chung cho toàn mạng. Đường 
truyền chung trong mạng được gọi là bus. Mọi nút mạng được gắn vào 
đường bus đó. ở hai đầu của đoạn cáp có thiết bị gọi là terminal để 
chánh phản hồi ngược lại của tín hiệu. 
Dùng cáp béo RG8: Để gsứn nút mạng vào bus phải có thiết bị tranceiver 
để nhận các bít từ cạc mạng ra sau đó chuyển thnhf xung ( tín hiệu phù hợp 
để chạy trên dây cáp) 
Dùng cáp gầy: Không sử dung tranceiver mà gắn ngay trên NIC. Sử 
dụng một số các thiết bị đầu cuối ( connecter ) hình chữ T hai đầu nối với 
BNC, một đaauf nối với đầu ra của NIC, ta thấy kết nối đơn giản hơn. 
Nhược điểm của cấu trúc bus: 
♣ Khi đoạn cáp bị đứt tại một điểm bất kỳ sẻ làm ngưng trệ giao thông 
trên toàn bộ mạng do khi bị đứt đoạn cáp bị chia thành hai phần do đó sẽ 
thiếu mất một terminal, tín hiệu truyển đi sẽ bị phản xạ trở lại. 
♣ Khi số lượng nút mạng khá lớn sẽ gây khó khăn trong việc phát hiện 
các sự cố trên đường cáp. 
♣ Không thuận lợi cho việc nâng cấp mạng. 
♣ Tốc độ tối đa là 10 Mbps. 
 Dùng đôi xoắn 
Phương thức truyền tín hiệu trên các đồng trục là không cân bằng dó 
đó ta sử dụng hai sợi đây có hiệu điện thể ngược nhau xoắn vào nhau để 
làm cho pha ngược nhau. Gọi là cáp đối xoắn. 
Cáp đôi xoắn chia 2 loại: 
♣ STP ( Shielded Twisted Pair): Có thêm một lớp bọc bằng kim loại 
xung quanh các cặp dây để tăng cường khả năng chống nhiễu, do đó loại 
cáp này được áp dụng trong môi trương có khả năng chống nhiễu cao 
♣ UTP ( Unshielded TP ): Sau các cặp dây đến ngay lớp bảo vệ, 
không có lớp bọc kim loại xung quanh, do đó nó được áp dụng trong các 
môi trường thông thường 
 Dùng cáp quang 
Tín hiệu được truyền dưới dạng tia sáng nên ít bị ảnh hưởng của 
nhiễu, từ tính, độ suy hao không lớn. 
Được chế tạo từ các sợi thuỷ tinh nhỏ do đó chi phí cao, rất phức tạp 
cho việc sửa chữa bởi các thiết bị rất tinh vi. 
Cấu tạo gồm 3 lớp: 
♣ Lõi thuỷ tinh 
♣ Lớp vạtt liệu chống khúc xạ 
♣ Lớp vỏ bảo vệ 
Tín hiệu truyền dưới dạng tia sáng trên lớp thuỷ tinh, có lớp khúc xạ 
làm cho tín hiệu bị suy hao ít do đó truyền trên đường truyền dài được. 
Chia cáp quang thành 2 loại: 
♣ Single Mode: Cho phép tia sáng truyền qua nó theo chiều song song 
với trục nằm ngang. 
♣ Multi Mode: Cho phép ánh sáng truyền trên nó theo hướng bất kỳ. 
Truyền dùng cáp quang tốc đọ rất cao 
1.1.2.2. Cấu trúc kết nối Star. 
Có thể dùng cáp đôi xoắn hoặc dùng cáp quang 
 Thiết bị Oullet (Wall place): 
Oullet là một loại ổ cắm, thay vì nối từ HUB đến các nút mạng ta nối 
từ HUB đến các Outlet rồi từ đó nối đến các nút mạng. 
 Dùng Oullet tăng tính linh động, dễ di chuyển đến các nút mạng 
mà không ảnh hưởng nhiều đến các nút mạng khác. 
 Thiết bị Patch Panel và Cross Connect: 
Patch Panel như cái bảng cắm dây, dùng outlet, khi số nút mạng tăng 
lên nhiều khó xử lý khi đó ta dùng thiết bị Patch Panel 
 Patch Panel có các cổng TP để nối với các HUB. 
Khi ta nối các HUB/Bridge với nhau ta dùng Cross cable ( cáp 
chéo), đây là loạ cáp truyền một đầu, nhận một đầu. 
Số lượng HUB kết nối giữa 2 nút mạng <= 4 
Không nối vòng tròn các HUB với nhau. 
Rack 
mount 
Cabinet 
 Patch 
O
utlet 
 Panel 
 Cross Connect 
 Đặc điểm của cấu trúc Star: 
♣ Một đoạn bị đứt không ảnh hưởng đến toàn mạng 
♣ Việc tăng thêm số lượng nút mạng dễ dàng, không ảnh hưởng 
đến giao thông trên mạng. 
♣ Việc nâng cao tốc độ có thể làm được 
1.1.2.3. Cấu trúc kết nối Ring. 
Cấu hình mạng ring nối các máy tính trên một vòng cáp. Không có 
đầu nào bị hở. Tín hiệu truyền đi theo một chiều và đi qua từng máy tính. 
Khác với cấu hình bus thụ động, mỗi máy tính đóng vai trò như một bộ 
chuyển tiếp, khuyếch đại tín hiệu và gửi nó đến máy tính tiếp theo. Do tín 
HUB 
hiệu đi qua từng máy nên sự hỏng hóc của một máy ảnh hưởng đến toàn 
mạng. 
1.2. Giới thiệu các thiết bị mạng WAN 
1.2.1. Định nghĩa. 
 Mạng diện rộng (Wide Area Network - WAN) là hệ thống kết 
nối các mạng cục bộ nằm ở xa nhau. Ví dụ kết nối các điểm trong một thành 
phố, giữa các thành phố 
1.2.2. Thiết bị Gateway 
 Các Gateway được thiét kế để nối các loại mạng khác nhau về 
cơ bản .Chúng thực hiện điều đó bằng cách dịnh các thông điệp từ một định 
dạng này sang một định dạng khác . 
 Các Gateway thường được dùng để nối một mạng với một máy 
tính chính hoặc với một máy tính mini. Nếu bạn không có một máy tính 
chính hoặc máy tính mini,có lẽ bạn không cần Gateway . 
 +Các Gateway là cần thiết vì các nhà sản xuất máy tính dùng 
các thiết kế độc quyền trong mạng.Nếu các nhà sản xuất máy tính chịu nói 
chuyện với nhau 20 năm trước thì ngày nay chúng ta đã không phải dùng các 
Gateway để cho các mạng nói chuyện với nhau. 
 1.2.3. Thiết bị Router 
 Thiết bị Router tương tự như một Bridge siêu thông minh cho 
các mạng thực sự lớn. Các Bridge biết địa chỉ của tất cả các máy tính ở các 
máy tính kết nối đến nó và có thể gửi chuyển tiếp các thông điệp theo đúng 
địa chỉ. Nhưng các Router còn biết nhiều hơn về mạng. Một Router không 
những chỉ biết địa chỉ của tất cả các máy tính mà còn biết các Bridge và 
Router khác ở trên mạng và có thể quyết định lộ trình có hiệu quả nhất để 
gửi mỗi thông điệp của mạng. 
 Một trong những thủ thuật hay nhất mà các Router có thể thực 
hiện là nghe ngóng trên toàn mạng để xem các phần khác nhau của mạng 
bận rộn như thế nào.Nếu một phần nào đó của mạng bị bận, Router có thể 
quyết định gửi tiếp một thông điệp bằng cách dùng một đường ít bận hơn. 
1.3. So sánh sự Bridge và Switch 
Bạn có thể nghĩ về các Switch như là Bridge có nhiều cổng. Switch là 
một phần cứng cơ sở, điều đó có nghĩa là chúng sử dụng các địa chỉ MAC từ 
các Card kết nối của các máy chủ để lọc được một mạng xác định. Bạn cần 
phải nhớ cách mà các Switch sử dụng các mạch tích hợp ứng dụng đặc biệt 
để xây dựng và lưu trữ các bảng lựa chọn. 
Tuy nhiên, có một số điểm khác nhau giữa các Bridge và các Switch 
điều này bạn sẽ nhận thấy ở các tính chất sau: 
+> Để tạo ra các quyết định lựa chọn, các Bridge sử dụng phần mềm 
còn các Switch sử dụng phần cứng. 
+> Mỗi Bridge chỉ có một cây bao trùm trong khi đó mỗi Switch có 
thể có nhiều cây bao trùm. 
+> Các Bridge có số cổng cực đại là 16, trong khi đó các Switch có 
thể có hàng trăm cổng. 
Mặc dù bridge và switch có nhiều tính năng tương tự nhau nhưng 
chúng vẫn có nhiều điểm khác biệt. Switch nhanh hơn nhiều so với bridge 
bởi vì chúng chuyển đổi bằng phần cứng so với cách chuyển đổi bằng phần 
mềm của bridge, switch có khả năng kết nối các mạng có băng thông khác 
nhau ví dụ có thể kết nối hai mạng cục bộ ethernet 10Mbps và mạng 
100Mbps với nhau. Switch có mật độ cổng cao hơn so với bridge. Một số 
cung cấp kiểu hoạt động cut-through switching làm giảm thời gian trễ trong 
mạng trong khi đó bridge chỉ cung cấp chế độ store-and-forward switching. 
Cuối cùng switch làm giảm thiểu sự đụng độ trên các đoạn của mạng bởi vì 
chúng cung cấp băng thông dành riêng cho các đoạn. 
 Chương II Hoạt động của Ethernet bridge và switch 
2.1. Giới thiệu về mạng Ethernet 
Phần này giới thiệu về kiến trúc mạng Ethernet và trình bày khái 
quát về các chức năng, đặc tính, và những thành phần chủ yếu của kiến trúc 
mạng Ethernet. 
♣ Tổng quan về Ethernet 
Kiến trúc mạng kết hợp các tiêu chuẩn, cấu hình và giao thức để tạo 
thành mạng làm việc. Phần này mô tả kiến trúc mạng Ethernet. 
♣ Nguồn gốc của Ethernet 
Vào cuối thập niên 60, trường đại học Hawall phát triển một mạng 
diện rộng (WAN) ( gọi là ALOHA). Hẳn các bạn còn nhớ, mạng diện rộng 
(WAN) chính là cục bộ ( LAN) mở rộng qua một địa hình rộng hơn. Trường 
đại học có một địa hình rộng lớn và họ cần nối kết những máy tính nằm rải 
rác khắp khu vực trường. Một trong những đặc điểm quan trọng của mạng 
mà họ đã thiết kế là việc sử dụng CSMA/CD làm phương pháp truy nhâp. 
Mạng sơ khai này đặt nền tảng cho cấu trúc mạng Ethernet ngày nay. 
Vào năm 1972. Robert Metcalfe và David boggs phát minh ra sơ đồ đường 
cáp và lược đồ truyền dữ liệu ở trung tâm nghiên cứu Palo Alto của Xerox 
(Xerox Palo Alto Research) Center – PARC). và đưa ra sản phẩm Ethernet 
đầu tiên vào năm 1975. Phiên bản Ethernet đầu tiên được thiết kế như một 
hệ thống 2.94 Mbps để nối hơn 100 máy tính vào sợi cáp dài 1 km. 
Xerox Ethernet thành công đến mức tập đoàn và Digital Equipment đã 
thảo ra tiêu chuẩn Ethernet 10 Mbps. Ngày nay, đó là quy cách kĩ thuật mô 
tả phương pháp nối và dùng chung cáp cho máy tính và hệ thống dữ liệu. 
Quy cách kỹ thuật Ethernet có cùng chức năng như tầng Phicical và 
tâng Data Link trong OSI. Thiết kế này là cơ sở cho quy cách kĩ thuật 802.3 
của IEEE. 
♣ Các đặc tính của Ethernet 
Hiện nay Ethernet là kiến trúc mạng phổ biến nhất: kiến trúc dải gốc ( 
Baseband Architecture) này dùng cấu hình bus thường dùng ở tốc độ 10 
Mbps và dựa vào CSMA\CD để điều chỉnh lưu thông trên đường cáp chính. 
Môi trường Ethernet mạng tính thụ động, có nghĩa nó lấy năng lượng 
từ máy tính và vì vậy sẽ không ngừng hoạt động trừ khi phương tiện nối bị 
cắt đứt hoặc bị kết thúc không đúng cách. 
♣ Những đặc điểm cơ bản của Ethernet 
Danh sách sau tóm tắt các đặc tính của Ethernet 
Cấu hình truyền thông bus đường thẳng 
Cấu hình khác star bus 
Kiểu kiến trúc dải gốc ( Baseband) 
Phương pháp truy nhập CSMA\CD 
Quy tắc truy nhập IEEE 802.3 
Vận tộc chuyền 10 Mbps hoặc 100 Mbps 
Loại cáp cáp đông trục, cáp mảnh,các UTP 
♣ Dạng thức khung trong Ethernet 
Ethernet chia dữ liệu thành nhiều gói có dạng thức khác với gói dụng 
trong mạng khác. Ethernet chia dữ liệu thành nhiều khung ( frame). Khung 
là khói thông tin được truyền như một đơn vị duy nhất. Khung trong 
Ethernet có thể dài tự 64 byte đến 1518 byte, nhưng bản thân Ethernet đã sử 
dụng ít nhất 18 byte nên dữ liệu trong một khung Ethernet có thể dài từ 46 
byte đến 1500 byte mỗi khung đền có chứa thông tin điều khiển và tuân theo 
cùng một cách cơ bản. Lấy ví dụ, khung Ethernet II ( dùng cho TCP\IP) 
đượng truyền qua mạng với các thành phần sau: 
Trường khung Mô tả 
Đầu Đánh dấu điểm bắt đầu khung 
Đích và nguồn Địa chỉ nguồi và địa chỉ đích 
Kiểu Được dùng để nhận diện giao 
thức tầng Network ( IP hay IPX) 
Mã kiểm tra CRC Trường kiểm tra lỗi nhằm các 
định liệu có phải khung đã đến mà 
không bị hư hại hay không 
Pr
ea
m
bl
e 
D
es
tin
at
io
n 
So
ur
ce
Ty
pe
 Data RC 
Mẫu khung Ethernet II 
♣ Giới thiệu cấu hình 10BaseT 
Vào năm 1990, uỷ ban IEEE ban hành quy cách kỹ thuật 802.3 dành 
cho việc chạy Ethernet trên dây xoắn đôi. 10BaseT( 10 Mbps,dải gốc, trên 
cáp xoắn đôi) là mạng Ethernet điển hình dùng cáp xoắn đôi trần ( UTP), 
nhưng cáp xoắn đôi có bọc (STP) cũng dùng được mà không làm thay đổi 
thông số nào của 10BaseT. 
Đa số mạng loại này được lập cấu hình theo dạng star ( hình sao) 
nhưng bên trong dùng hệ thống truyền tín hiệu bus giống như các cấu hình 
Ethernet khác. Hub của mạng 10BaseT đóng vai trò như bộ truyển tiếp đa 
cổng ( multiport repeater) và thường được đặt ở nơi bắc dây trong nhà. Mỗi 
mày tính có hai cặp dây dẫn – một cặp dùng để nhận dữ liệu và cặp kia dùng 
truyền dữ liệu. 
Chiều dài tối đa của một phân đoạn 10BaseT là 100m ( 328 feet). Có 
thể dùng bộ chuyển tiếp để nối thêm chiều dài nay. Chiều dài cáp tối đa giữa 
các máy tính là 2.5m. Một mạng cục bộ 10BaseT sẽ phục vụ cho 1024 máy 
tính. Hình 12.4 minh hoạ những lợi điểm của sơ đồ đi dây hình sao trong 
giải pháp 10BaseT. Cáp UTP có khả năng truyền dữ liệu ở tốc độ 10 Mbps. 
Rất dễ dời chuyển và thay đổi máy tính bằng cách di chuyển dây tiếp dẫn mô 
dun trong bảng phân phối. Khác với mạng bus Ethernet truyền thống. Các 
thiếu bị khác trên mạng không bị ảnh hưởng do sự thay đổi trên bảng phân 
phối. 
Bảng phẩn phối nên được kiểm tra ở những tốc độ cao hơn 10 Mbps. 
Hub mới nhất có thể cung câp nối kết chao các đoạn cáp Ethernet cả mảnh 
lẫn dày. Với kiểu lắp đặt này, cũng dễ dàng chuyển đổi từ cáp Ethernet dày 
sang cáp 10BaseT bằng cách gắn một máy thu phát 10BaseT nhỏ vào cổng 
AUI của CARD mạng bất kì. 
Tóm tắt cấp hình 10BaseT 
Phân mục Ghi chú 
Cáp Cáp UTP hạng 3.4 hoặc 5 
Bộ nối RJ-45 ở các đầu cáp 
Máy thu phát Mỗi máy tính cần một cái: một 
số card có máy thu phát cài sẵn 
Khoảng cách từ máy thu phát 
tới Hub 
Tối đa 100m 
Cáp chính cho hub Cáp đồng trục hoặc cáp quang 
nối với mạng cục bộ lớn hơn 
Tổng số máy tính cho mỗi 
mạng cục bộ không có thành phần 
nối 
Theo quy cách kĩ thuật là 1024 
máy 
♣ Cân nhắc hiệu suất mạng 
Ethernet có thể sử dụng một vài giao thưc truyền thông, trong đó có 
TCP/IP, vốn hoạt động hiệu quả trong môi trường UNIX. Điều này khiến 
cho Ethernet được ưa chuộng trong các cộng đồng khoa học và học đường. 
♣ Phân đoạn 
Hiệu xuất thi hành của Ethernet có thể được cải thiện bằng cách chia 
một đoạn cáp nối đầy thiết bị thành hai đoạn cáp nối it thiết bị hơn và nối hai 
đoạn cáp này bằng một bridge hoặc router. Việc này làm giảm lưu lượng 
truyền thông trên mỗi đoạn cáp. Do có ít mày tính truyền 
dữ liệu nên đoạn cáp hơn, do đó thời gian truy nhập xẽ nhanh hơn. Phân 
đoạn là một giải pháp lý tưởng trong trường hợp mạng kết hợp thêm nhiều 
người dùng mới hoặc ứng dụng trong giải thông cao, chẳng hặn chương 
trình cơ sở dữ liệu và chương trình Video đang đượng cài thêm vào mạng. 
♣ Hệ điều hành mạng 
Ethernet sẽ làm việc tốt với các hệ điều hành phổ biến như sau: 
 Microft Windows 95 
 Microft Windows NT Workstation 
 Microft Windows NT Server 
 Microft LAN Manager 
 Microft Windows for Workgroups 
 Novell NetWare 
 IBM LAN Server 
 AppleShare 
2.2. Ethernet switch và bridge 
2.2.1. Hoạt động của Switch và Bridge. 
2.2.1.1. Cơ bản về Switch và Bridge 
Bridge và switch là các thiết bị truyền dữ liệu hoạt động chủ yếu ở 
tầng 2 theo mô hình OSI. Bởi vậy chúng được xem là các thiết bị tầng Data-
link. 
Bridge được thương mại ho ... ữa SRT và SRB là có thể. Các đường đi được 
chọn có khả năng không tốt như là đối với môi trường chỉ có transparent 
bridge. Cuối cùng, mạng vừa có SRB và SRT bridging làm mất đi các tính 
năng của SRT, do đó người sử dụng không muốn chuyển sang SRT khi 
chúng còn đắt. SRT bridging chỉ sử dụng để kết nối hai mạng có kiến trúc 
khác nhau, giữa SRD và transparent bridging. 
 Chương V Spanning Tree Protocol (STP) 
5.1. Hoạt động của giao thức Spanning Tree. 
Giao thức này áp dụng cho cả Switch và Bridge, bây giờ ta đi xem xét 
các hoạt động của giao thức Spanning Tree: 
Khi các thiết bị Switch/Bridge tham gia vào mạng nó sẽ sử dụng một 
gói dữ liệu BPDU ( Bridge Protocol Data Unit) để trao đổi thông tin với 
nhau nhằm: 
Xác định Switch/Bridge nào được coi là gốc (Root Switch/Bridge) 
Trên các Switch/Bridge không phải là gốc (NonRoot Switch/Bridge) nó 
phải xác định ra Root Port – đây là cổng mà nó sẽ kết nối đến 
Root Switch/Bridge theo đường ngắn nhất, trong một Bridge/S chỉ có 
một Root Port 
Xác định trạng thái của các cổng là Forward hay Block: 
√ Forward là trạng thái truyền nhận dữ liệu bình thường 
Block là trạng thái không truyền nhận dữ liệu 
Trong một gói dữ liệu của Bridge/Switch sử dụng BPDU mang các 
thông tin sau: 
Root Bridge’s ID: là MAC address của Bridge/Switch đó, MAC 
address là duy nhất nên Root Bridge’s ID là duy nhất. 
Bridge ID được sử dụng đểv xác định Root Bridge trong mạng và xác 
định Root Port. Bridge ID dài 8 bytes bao gồm priority và MAC address của 
Bridge/Switch. 
Priority: đây là mưc ưu tiên của thiết bị Bridge/Switch, thường ban 
đầu priority của Bridge/Switch như nhau (coi =1), khi cần thiết sẽ thay đổi, 
MAC address hầu như không thay đổi được. 
Priority trên tất cả các Bridge/Switch dùng phiên bản IEEE STP mặc 
định là 32768. 
Cost 
Send Bridge’s ID: số hiệu của Bridge gửi trên gói BPDU, mục đích 
của chỉ số này là để cho nút nhận khi nhận được BPDU nó sẽ xác định được 
là BPDU được gửi từ đâu. 
Mỗi cổng trên Bridge/Switch được gán cho một giá nhất định, tuỳ 
thuộc vào tốc độ của cổng 
Ví dụ: 
Port Speed Cost 
100Mbps 
100Mbps 
1Gbps 
10Gbps 
100 
19 
4 
2 
5.1.1. Quá trình lựa chọn Root Bridge 
Các switch và bridge có sử dụng giao thức STP trao đổi thông tin với 
nhau bằng các gói dữ liệu giao thức bridge (Bridge Protocol Data Units - 
BPDU). Các BPDU được sử dụng để gửi các thông tin cấu hình tới tất cả các 
bridge khác. Định danh của từng thiết bị bridge được gửi tới các bridge khác 
qua các BPDU. 
Định danh bridge được sử dụng để xác định bridge gốc của mạng và 
các cổng gốc. Định danh của bridge dài 8 byte bao gồm mức ưu tiên và địa 
chỉ MAC của thiết bị đó. Mức ưu tiên mặc định của các thiết bị theo chuẩn 
IEEE STP là 32768. 
 Khi Bridge/Switch tham gia vào mạng bao giờ nó cũng tự coi nó là Root 
Bridge, đồng thời nó tạo ra BPDU trong đó Root Bridge’s ID trỏ đến 
Mac Address của nó, sau quá trình này nó gửi BPDU đến tất cả các 
cổng khác của nó, Cost của BPDU ban đầu bằng 0 
 Trong quá trình lựa chọn nếu Bridge/Switch nhận được một BPDU mô 
tả về một ứng cử viên khác tốt hơn ( mục đích là chọn lại Root Bridge vì 
ban đầu Bridge/Switch tự coi Root Bridge là chính nó) dựa vào 2 yếu tố: 
1. Priority: Bridge/Switch nào có priority thấp hơn thì tốt hơn 
2. ID : Ban đầu Priority của tất cả Bridge/Switch là bằng nhau, khi 
nhận được Bridge/Switch nào có ID bé nhất thì tốt nhất. 
Nếu Bridge/Switch có cùng giá trị priority, thì MAC address dùng để 
xác định cái nào co chỉ số ID thấp nhất . 
Ví dụ, nếu 2 Bridge/Switch A, B cả hai cùng sử dụng priority mặc 
định là 32768. Nếu MAC address của Bridge/Switch A là 
0000.0C00.1111.1111 và Nếu MAC address của Bridge/Switch B là 
0000.0C00.2222.2222 và thì Bridge/Switch A sẽ được chọn là Root Bridge. 
Các BPDU được gửi đi một lần trong 2 giây. Điều này gây nên một 
tổn phí khá lớn nhưng ta phải chú ý rằng gói tin này chỉ có đến layer 2 
không có các thông tin của layer 3. Sau đây là một ví dụ của một gói tin 
BPDU: 
Flag: 0x80 802.3 
Status: 0x00 
Packet length: 64 
802.3 header 
Destination: 01:80:c2:00:00:00 
Source: 00:b0:64:75:6b:c3 
LLC length: 38 
802.2 Logical Link Control (LLC) header 
Dest. SAP: 0x42 802.1 Bridge Spanning Tree 
Source SAP: 0x42 802.1 Bridge Spanning Tree 
Command: 0x03 Unnumbered information 
802.1 - Bridge Spanning Tree 
Protocol Identifier: 0 
Protocol Version ID: 0 
Message Type: 0 Configuration Message 
Flag: %00000000 
Root Priority/ID: 0x8000 / 00:b0:64:75:6b:c0 
Cost of Path to root: 0x00000000 (0) 
Bridge Priority/ID 0x80 / 00:b0:64:75:6b:c0 
Port Priority/ID 0x80 / 0x03 
Message Age: 0/256 seconds (0 giây) 
Maximum Age: 5120/256 (20 giây) 
Hello time: 512/256 (2 giây) 
Forward Delay; 3840/256 (15 giây) 
Extra bytes (thêm vào cho đủ): 00 00 00 00 00 00 00 00 
Frame Check Sequence: 0x2e006400 
Xem xét giá của đường đi từ bridge này đến gốc: trong trường hợp 
này là bằng không bởi vì bridge này tự xem nó là nút gốc. Trong Frame trên 
ta thấy có chỉ ra các thời gian của BPDU, các khoảng thời gian này được sử 
dụng để ngăn ngừa sự lặp các gói tin. Bởi vì các gói tin này chỉ có thể tồn tại 
trong một khoảng thời gian nhất định. Các BPDU rất dễ bị trễ do chiều dài 
của gói thông tin, các quá trình xử lý của switch, băng thông và các vấn đề 
tối ưu. Điều này có thể dẫn đến một mạng không tin cậy bởi vì có thể đưa 
đến việc các gói tin bị quẩn khi các gói tin BPDU không đến đúng lúc. STP 
sử dụng đồng hồ để bắt các cổng phải chờ các thông tin cấu hình đúng. 
Trong gói tin được phân tích ở trên, thời gian Hello là 2 giây, thời 
gian bắt đầu xây dựng lại cây là 20 giây, và thời gian trễ là 15 giây. 
Khi nhận được ứng cử viên tốt hơn nó sẽ dừng ngay việc loan truyền 
các thông tin về Root Bridge hiện thời mà nó chuyển sang loan truyền thông 
tin về Root Bridge mới . Kết quả của quá trình này là ta chọn được 
Bridge/Switch có ID và priority bé nhất. 
5.1.2. Lựa chọn Root Port 
Sau khi đã chọn được Bridge gốc, tất cả các các switch phải trở thành 
các cành của nút gốc. Mỗi switch nhận các BPDU trên các cổng hoạt động, 
và nếu có nhiều hơn một BPDU nhận được thì nó nhận ra rằng nó đang có 
các kết nối dư thừa nối đến gốc. Switch phải chọn ra một cổng làm cổng gốc 
và cho các cổng khác vào trạng thái block. 
Để chọn ra cổng gốc, ta sử dụng các thông tin về tổn phí tới gốc. Tổn 
phí của STP được tính là tổng các tổn phí dựa trên băng thông của các kết 
nối mà bridge sử dụng để kết nối tới gốc. 
Bảng sau đây các tổn phí đối với các mạng Ethernet khác nhau: 
Tốc độ IEEE mới IEEE ban 
đầu 
10Gbps 2 1 
1Gbps 4 1 
100Mbps 19 10 
10Mbps 100 100 
Khi các tổn phí của các kết nối đến gốc đã được xác định, switch sẽ 
xác định cổng nào có chi phí thấp nhất. Cổng đó được chọn làm cổng gốc 
còn các cổng khác chuyển sang chế độ Block. Nếu có các cổng có cùng chi 
phí thì cổng có số hiệu cổng thấp nhất được chọn làm cổng gốc. 
 Ban đầu Bridge/Switch coi cổng nào gửi cho nó BPDU đầu tiên 
là Root Port. Khi nhận được BPDU tiếp mô tả về Root Bridge nó sẽ làm 
như sau: 
Lấy cost hiện thời cộng với cost của cổng mà nó nhận được BPDU: 
 New Cost = Cost + Cost (Port) 
Sau đó Bridge/Switch xem giá trị New Cost có bé hơn giá trị Cost 
mà nó đang sử dụng để nối đến Root Bridge không? 
 + Nếu nhỏ hơn nó coi cổng mà nó nhận được BPDU là Root Port 
 + Nếu không nhỏ hơn nó không xem xét nữa 
Tính xong New Cost Bridge/Switch phải gửi BPDU đến tất cả các 
cổng khác không phải là Root Port . 
Tóm lại Root Port phụ thuộc vào Cost của các cổng 
5.1.3. Các trạng thái của cổng 
Một cổng của switch hoặc bridge sử dụng STP chuyển đổi giữa 4 
trạng thái sau: 
 ♣ Blocking: Không chuyển các gói dữ liệu, nhận các BPDU. 
Tất cả các cổng sẽ mặc định là ở trạng thái block khi switch được bật lên. 
 ♣ Listening: Nhận các BPDU để đảm bảo không có các vòng 
lặp trên mạng trước khi chuyển các gói tin. 
♣ Learning: Nhận các địa chỉ MAC và xây dựng các bảng lọc 
nhưng không chuyển tiếp các Frame. 
♣ Forwarding: Cổng có thể gửi và nhận dữ liệu. Một cổng 
không bao giờ được đặt vào trạng thái này trừ khi không có các kết 
nối thừa hoặc cổng đó xác nhận được là nó có con đường đi tới gốc. 
Một người quản trị hệ thống có thể đặt cổng về trạng thái không sẵn 
sàng, hoặc nếu cổng xảy ra lỗi, thì switch cũng có thể chuyển cổng về trạng 
thái không sẵn sàng. 
Nói chung, các cổng của switch ở một trong hai trạng thái là blocking 
hoặc forwarding. Một cổng forwarding là một cổng được xác định là có giá 
trị (cost) nhỏ nhất đối với bridge gốc. Tuy nhiên, nếu kiến trúc mạng thay 
đổi do các liên kết sai, hoặc người quản trị thêm một switch mới vào mạng, 
các cổng trên một chuyển mạch sẽ ở trạng thái lắng nghe và cập nhật. 
Các cổng blocking được sử dụng để ngăn việc lặp vòng. Khi một 
switch xác định được đường đi tốt nhất đến bridge gốc, tất cả các cổng khác 
sẽ được đặt ở trạng thái blocking. Các cổng bị blocking sẽ vẫn nhận được 
các gói BPDU (Bridge Protocol Data Unit). 
Nếu một switch xác định rằng một cổng bị block bây giờ nên chuyển 
thành cổng được chỉ định, nó sẽ trở lại trạng thái listen. Nó sẽ kiểm tra tất cả 
các gói BPDU nhận được để chắc chắn rằng sẽ không tạo ra một vòng lặp 
khi cổng đó chuyển sang trạng thái forwarding. 
Hình 4.5 chỉ ra thời gian ngầm định trong STP và các hành động trong 
STP: 
 Blocking 
20 seconds Listening 
15 seconds Learning 
 15 seconds Forwarding 
 Total = 50 seconds 
Chú ý thời gian từ blocking đến forwarding. Blocking đến listening là 
20 giây. Listening đến learning là 15 giây. Learning đến forwarding là 15 
giây và tổng cộng là 50 giây. Tuy nhiên, switch có thể chuyển thành không 
sẵn sàng nếu cổng ngừng hoạt động hoặc cổng bị lỗi. 
5.1.4. Sự hội tụ. 
Sự hội tụ xảy ra khi các bridge và các switch chuyển tiếp tới trạng thái 
blocking hoặc forwarding. Không có dữ liệu được chuyển tiếp trong suốt 
thời gian này. Sự hội tụ là rất quan trọng trong việc chắc chắn rằng tất cả các 
thiết bị có cùng cơ sở dữ liệu. 
Vấn đề của sự hội tụ đó là khoảng thời gian được sử dụng cho tất cả 
các thiết bị để có thể cập nhật. Trước khi dữ liệu bắt đầu được chuyển tiếp, 
tất cả các thiết bị phải được cập nhật. Thời gian thường được sử dụng để 
chuyển từ trạng thái blocking sang trạng thái forwarding là 50 giây. Thay 
đổi thời gian ngầm định STP là không được khuyên dùng, nhưng thời gian 
cũng có thể được điều chỉnh nếu điều đó cần thiết. Thời gian cần để chuyển 
một cổng từ trạng thái listening tới trạng thái learning hoặc từ trạng thái 
learning tới trạng thái forwarding được gọi là trễ chuyển tiếp. 
5.2. Ví dụ cây spanning 
Trong hình 4.6, ba switch có cùng mức độ ưu tiên là 32768. Tuy 
nhiên, cần chú ý tới địa chỉ MAC của mỗi switch. Bằng cách xem xét độ ưu 
tiên và địa chỉ MAC của mỗi một switch, chúng ta có thể xác định được 
bridge gốc. 
Bởi vì 1900A có địa chỉ MAC thấp nhất và cả ba switch có cùng độ 
ưu tiên ngầm định nên 1900A sẽ là bridge gốc. 
Để xác định cổng gốc (root port) trên 1900B và 1900C, chúng ta cần 
xem xét cost của các đường kết nối các switch này đến bridge gốc, từ đó 
chọn ra root port là cổng mà qua đó bridge hiện thời sẽ kết nối đến bridge 
gốc theo một con đường có cost là bé nhất. Vì đường kết nối từ cả hai switch 
này đến switch gốc là từ cổng 0 và sử dụng đường kết nối 100Mbps, đây là 
đường có cost là tốt nhất và vì vậy cổng gốc trên cả hai switch đều là cổng 0. 
Sử dụng bridgeID để xác định các cổng được chỉ định trên các swich. 
Bridge gốc luôn luôn có tất cả các cổng là được chỉ định. Tuy nhiên, 1900B 
và 1900C có cùng một cost để đến được bridge gốc, cổng được chỉ định sẽ là 
trên switch 1900B bởi vì nó có bridgeID là nhỏ hơn. Bởi vì 1900B đã được 
xác định là có cổng được chỉ định, switch 1900C sẽ đặt cổng 1 của nó ở 
trạng thái blocking để ngăn chặn bất cứ một vòng lặp mạng nào có thể xảy 
ra. 
Các phương thức của switch ở mạng LAN: 
Các LAN switch được sử dụng để forward hoặc lọc các frame dựa 
trên phần cứng của chúng. Tuy nhiên, có ba phương thức khác nhau để 
chuyển tiếp hoặc lọc các frame. Mỗi phương thức có những ưu điểm và 
nhược điểm và vì vậy hiểu rõ sự khác nhau của các phương thức của LAN 
switch sẽ giúp chúng ta có những quyết định sáng suốt khi lựa chọn phương 
thức phù hợp. 
Switch có ba phương thức sau: 
 Lưu trữ và chuyển tiếp (Store-and-Forward): Với chế độ lưu 
trữ và chuyển tiếp, switch sẽ nhận toàn bộ frame dữ liệu vào trong buffer, 
kiểm tra CRC (cyclic redundance check) được thực hiện, sau đó địa chỉ đích 
mới được tìm kiếm trong bảng MAC. 
 Cut-through: Với chế độ cut-through, switch sẽ đợi cho đến khi 
nhận được địa chỉ đích và sau đó tìm kiếm ngay trong bảng MAC. 
 FragmentFree: FragmentFree là chế độ ngầm định đối với 
switch Catalyst 1900, đôi khi nó được xem như là chế độ cut-through được 
sửa đổi. Nó kiểm tra 64 byte đầu tiên của frame ( bởi vì có thể xảy ra xung 
đột ) trước khi chuyển tiếp frame. 
Store-and-forward 
Phương thức store-and-forward là một trong ba kiểu chính của các 
chuyển mạch mạng LAN. Với phương thức hoạt động này, switch nhận toàn 
bộ gói tin và lưu vào buffer của nó và thực hiện kiểm tra CRC. Bởi vì nó 
phải nhận toàn bộ gói tin thì mới chuyển tiếp do đó thời gian trễ lớn và biến 
đổi theo độ dài của gói tin. 
Gói tin sẽ bị loại bỏ nếu nó bị lỗi CRC, có kích thước quá nhỏ (nhỏ 
hơn 64 byte) hay quá lớn (lớn hơn 1518 byte kể cả CRC). Khi gói tin không 
bị lỗi thì switch sẽ xem xem địa chỉ MAC của đích trong bảng thông tin dẫn 
đường để chuyển tiếp gói tin đến cổng cần thiết. 
Cut-through (Real Time) 
Theo phương thức này, switch chỉ copy phần địa chỉ đích ( 6 byte tiếp 
theo phần preamble) vào buffer của nó. Tiếp đó nó xem địa chỉ này có trong 
bảng thông tin dẫn đường để chuyển tiếp gói tin tới các cổng cần thiết. 
Phương thức này làm giảm thời gian trễ trên các switch bởi vì nó chuyển 
tiếp gói tin đi ngay khi nó nhận được địa chỉ và xác định được cổng để 
chuyển gói tin đến. 
Một số switch có thể thiết lập để thực hiện chuyển gói tin theo phương 
thức cut-through cho các cổng khi xác suất lỗi không vượt quá đến một 
ngưỡng do người dùng định ra. Khi vượt quá xác suất lỗi đó các cổng đó 
được tự động chuyển về phương thức store-and-forward để không truyền các 
gói tin bị lỗi. 
FragmentFree( Modified cut-through) 
Đây là phương thức được cải tiến từ phương thức cut-through. Trong 
phương thức này switch sẽ chờ để nhận xong cửa sổ xung đột (collision 
window) dài 64 byte rồi mới chuyển tiếp gói tin. Cơ sở để áp dụng cách tiếp 
cận này là nếu một gói tin bị lỗi thì nó thường xảy ra trong 64 byte đầu tiên. 
FragmentFree cung cấp cách kiểm tra lỗi tốt hơn so với phương thức cut-
through và cũng không gây ra trễ lớn như là store-and-forward. 
Hình 4.7 minh họa những điểm khác nhau tại đó các chế độ switch 
xảy ra trong một frame. Các chế độ khác nhau sẽ được thảo luận chi tiết 
trong các mục sau. 
Hình 4.7: Các chế độ switch khác nhau trong một frame 
 Up to 
8 bytes 1 byte 6 bytes 6bytes 2bytes 1500 bytes 
Preamble SFD Destination 
Hardware 
Addresses 
Source 
Hardware 
Addresses 
Length Data FCS 
 Cut-through: FragmentFree: Store-and- 
 the error checking check for collision -forward