Những nút cấu trúc liên kết nào được kết nối với tất cả các nút khác?

cấu trúc liên kết sao

Trong cấu hình cấu hình sao , các chi nhánh từ xa có thể giao tiếp an toàn với trụ sở công ty hoặc trang web trung tâm. Tuy nhiên, liên lạc giữa các chi nhánh là không được phép. Cấu hình như vậy có thể được triển khai trong mạng ngân hàng để sự xâm phạm của một chi nhánh sẽ không ngay lập tức dẫn đến sự xâm phạm của chi nhánh thứ hai mà không bị phát hiện. Để có quyền truy cập vào nhánh thứ hai, trước tiên kẻ tấn công phải xâm phạm mạng trung tâm để hy vọng có thể phát hiện ra một cuộc tấn công như vậy. Cấu hình cấu trúc liên kết sao được hiển thị trong Hình 5. 6 . Các cấu trúc liên kết hình sao cung cấp một lợi thế cố hữu mà một trang web mới có thể được thêm vào một cách dễ dàng; .

Trong cấu trúc liên kết sao, vị trí trung tâm đóng một vai trò quan trọng; . Hiệu suất của trung tâm quyết định hiệu suất của kết nối. Đối với cấu trúc liên kết sao, có thể xảy ra trường hợp hai nút có thể đóng với nhau;

cấu trúc liên kết sao

A cấu trúc liên kết sao là một mạng được thiết kế trông rất giống với một ngôi sao có lõi trung tâm và nhiều hệ thống được kết nối trực tiếp với đó . Các hệ thống trong cấu trúc liên kết hình sao không kết nối với nhau mà thay vào đó truyền thông điệp đến lõi trung tâm, đến lượt nó truyền thông điệp đến tất cả các hệ thống khác hoặc hệ thống đích cụ thể tùy thuộc vào thiết kế mạng. Cấu trúc liên kết này hoạt động tốt đối với nhiều mạng nhỏ hơn và giải quyết được nhiều bất lợi liên quan đến cấu trúc liên kết xe buýt hoặc vòng. Bạn có thể xem thiết kế chung của cấu trúc liên kết này trong Hình 2. 3 .

Cấu trúc liên kết hình sao có những hạn chế riêng nhưng có những cách hiệu quả để khắc phục chúng. Trên thực tế, bạn chỉ có thể kết nối rất nhiều hệ thống với cùng một mạng hình sao trước khi bắt đầu gặp phải các giới hạn vật lý, chẳng hạn như chiều dài cáp hoặc số lượng cổng khả dụng trên phần cứng được sử dụng cho mạng. Cấu trúc liên kết sao giải quyết vấn đề này bằng cách dễ dàng mở rộng thành nhiều sao với lõi trung tâm ở giữa. Bạn có thể xem thiết kế này trong Hình 2. 4 , nơi có nhiều mạng hình sao riêng biệt được kết nối vào một lõi trung tâm. Trong thuật ngữ mạng, lõi này có thể được coi là xương sống của toàn bộ mạng. Thông báo dành cho mỗi hệ thống được chuyển từ hệ thống khởi tạo, đến ngôi sao của nó, vào lõi và sau đó quay trở lại hệ thống đích và ngôi sao thích hợp.

Cấu trúc liên kết sao [Phân cấp]

Trong cấu trúc liên kết hình sao , các máy tính không được kết nối với nhau mà tất cả đều được kết nối với một trung tâm hoặc bộ chuyển mạch. Khi một máy tính gửi dữ liệu đến các máy tính khác trên mạng, nó sẽ được gửi dọc theo cáp đến một bộ tập trung hoặc bộ chuyển mạch trung tâm, sau đó sẽ xác định cổng nào cần gửi dữ liệu để đến được đích thích hợp. Các đặc điểm của cấu trúc liên kết sao như sau.

Tất cả các dây cáp chạy đến một điểm kết nối trung tâm

Nếu một sợi cáp bị đứt hoặc hỏng thì chỉ có máy tính kết nối với sợi cáp đó là không thể sử dụng mạng

Một cấu trúc liên kết sao có thể mở rộng

Khi mạng phát triển hoặc thay đổi, các máy tính chỉ cần được thêm hoặc xóa khỏi điểm kết nối trung tâm, thường là một trung tâm hoặc một công tắc

Vì có quá nhiều dây cáp được sử dụng để kết nối các máy tính riêng lẻ với một điểm trung tâm, điều này có thể làm tăng chi phí mở rộng và bảo trì mạng

25. 2 cấu trúc liên kết mạng

Có ba cấu trúc liên kết cơ bản cho mạng LAN, được hiển thị trong Hình 25. 3 . Đó là mạng sao, mạng vòng và mạng bus. Có những cấu trúc liên kết khác là sự kết hợp của hai hoặc nhiều cấu trúc liên kết hoặc là dẫn xuất của các loại chính. Một cấu trúc liên kết điển hình là một cấu trúc liên kết dạng cây, về cơ bản là một mạng hình sao và mạng xe buýt kết hợp, như được minh họa trong Hình 25. 4 . Bộ tập trung [hoặc trung tâm] được sử dụng để kết nối các nút với mạng.

3. 3. 1 Cấu trúc liên kết sao LoRaWAN với tính đa dạng nhận là chìa khóa để mở rộng quy mô trong phổ không có giấy phép

Triển khai LoRaWAN sử dụng cấu trúc liên kết sao với hệ số tái sử dụng tần số là 1. Điều này giúp đơn giản hóa việc triển khai mạng và mật độ liên tục vì không cần phải lập kế hoạch mẫu hoặc sắp xếp lại tần suất khi có thêm nhiều cổng vào cơ sở hạ tầng. Nó cũng tạo điều kiện hợp tác liền mạch giữa các mạng công cộng và mạng riêng.

So với các công nghệ lưới, cơ sở hạ tầng một bước nhảy đến mạng giảm thiểu mức tiêu thụ điện năng vì các nút không phải chuyển tiếp liên lạc từ các nút khác. Một ưu điểm khác là có thể triển khai mạng ban đầu ở chế độ thưa thớt với mật độ nút thấp, so với lưới yêu cầu mật độ nút tối thiểu

Tuy nhiên, tính năng thiết kế quan trọng nhất của LoRaWAN là tính đa dạng nhận của nó. Khi việc sử dụng quang phổ không được cấp phép tăng lên, tiếng ồn vô tuyến nền được gọi là “sàn tiếng ồn” ngày càng tăng. Một số chuyên gia dự đoán rằng các mạng không có giấy phép chắc chắn sẽ phải đối mặt với tình trạng mất gói ngày càng tăng và do đó không thể đảm bảo chất lượng dịch vụ [QoS] trong thời gian dài. Nhưng điều này không thực tế là không thể tránh khỏi. Mạng LoRaWAN có thể thích ứng với nhiễu bằng cách tận dụng nhiều cổng tiếp nhận hoạt động đồng thời cho từng thiết bị đầu cuối. Các thông báo đường lên của mạng LoRaWAN có thể được nhận bởi bất kỳ cổng nào [đa dạng macro RX]. Phân tập vĩ mô đường lên như vậy cải thiện đáng kể dung lượng mạng và QoS bởi vì rất khó xảy ra nhiễu phá hủy đồng thời ở tất cả các ăng-ten. Do đó, các mạng LoRaWAN dự kiến ​​sẽ đối phó với tình trạng nhiễu ngày càng tăng tốt hơn nhiều so với các mạng lưới trước đó, trong đó mỗi nút chỉ được quản lý bởi một bộ thu next-hop tại một thời điểm và ngược lại, bị suy giảm nghiêm trọng do tích lũy . 3–5 Fig. 3–5 .

13. 2. 3. 1 Cấu trúc liên kết mạng

Hầu hết các công nghệ LPWAN đều sử dụng cấu trúc liên kết hình sao , kết nối trực tiếp các nút với trạm gốc. So với các cấu trúc liên kết lưới [được sử dụng bởi các công nghệ LoWPAN], có các nút hoạt động như các bộ lặp, cấu trúc liên kết hình sao đơn giản hóa và giảm chi phí cũng như mức tiêu thụ năng lượng của các thiết bị đầu cuối, đồng thời dẫn đến chi phí cơ sở hạ tầng cao hơn [cổng, bộ định tuyến, v.v. ].

Các ngoại lệ đối với quy tắc này là Telensa, Ingenu-RPMA và DASH7, ngoài hình sao, còn hỗ trợ cấu trúc liên kết cây;

17. 1. 1 Kiến trúc diện rộng công suất thấp

Mặc dù thị trường công nghệ LPWA vẫn còn rất phân mảnh và bao gồm hàng chục công nghệ khác nhau, các giải pháp kỹ thuật cơ bản của nhiều công nghệ trong số đó có nhiều điểm chung. Cụ thể, nhiều công nghệ LPWA có kiến ​​trúc tương tự như kiến ​​trúc được minh họa trong Hình. 17–1 .

Mạng LPWA thông thường có cấu trúc liên kết sao với ba tác nhân chính

Các máy mà chúng tôi gọi là thiết bị đầu cuối [ED] 1 và thường được đại diện bởi các máy hỗ trợ vô tuyến bị giới hạn tài nguyên như . Trong số những hạn chế phổ biến nhất đối với LPWA ED là khả năng xử lý hạn chế của chúng [do thúc đẩy giảm thiểu chi phí ED] và ngân sách năng lượng của chúng [đối với ED chạy bằng pin]. Ngoài ra, để giải quyết các hạn chế về khả năng mở rộng, các nhà khai thác mạng LPWA thường giới hạn lượng lưu lượng đường lên hoặc đường xuống cho các ED cụ thể [e. g. , dưới dạng lưu lượng dữ liệu đường lên/đường xuống hàng tháng, phần thời gian ED có thể hoạt động trong kênh hoặc số lượng gói đường lên/đường xuống được truyền trên một đơn vị thời gian]. Các ED thường chỉ giao tiếp với GW, trong khi giao tiếp giữa các ED riêng lẻ hoặc giữa ED và hệ thống bên thứ ba thường không được hỗ trợ.

Lõi mạng LPWA thường bao gồm một hoặc nhiều GW, được kết nối thông qua liên kết xương sống dựa trên giao thức Internet [IP] với máy chủ hoặc đám mây quản lý mạng LPWA. Thông thường, một giao diện có dây [e. g. , Ethernet hoặc cáp quang] được sử dụng làm lớp vật lý cho đường trục, mặc dù cũng có các giải pháp thương mại có đường trục không dây băng thông rộng. Ngoài ra, lõi mạng LPWA có thể đóng gói các thành phần khác như máy chủ ủy quyền chuyên dụng hoặc máy chủ lưu trữ dữ liệu và quản lý quyền truy cập vào dữ liệu của các hệ thống và dịch vụ bên ngoài. Chúng cũng có thể được tích hợp với máy chủ quản lý mạng hoặc, trong một số trường hợp, ngay cả GW. Thông thường, các phần tử của lõi mạng LPWA được cấp nguồn từ nguồn điện lưới và do đó không bị hạn chế đáng kể về mức tiêu thụ năng lượng của chúng

Thành phần thứ ba của ứng dụng LPWA là các hệ thống và dịch vụ bên ngoài khác nhau—người dùng cuối và người đăng ký giao tiếp với lõi mạng LPWA để lấy dữ liệu do ED gửi trong đường lên hoặc để đưa dữ liệu cần được gửi tới ED . Giao tiếp giữa người dùng cuối và lõi LPWA thường được thực hiện bằng giao diện dựa trên IP và sử dụng giao diện lập trình ứng dụng đặc biệt

công tắc ToR

Các máy chủ trong giá đỡ kết nối với bộ chuyển mạch ToR bằng cách sử dụng cấu trúc liên kết hình sao như minh họa trong Hình . 3 . Tại đây, mọi máy chủ đều có một liên kết chuyên dụng đến bộ chuyển đổi ToR và bộ chuyển đổi ToR có thể chuyển tiếp dữ liệu đến các máy chủ khác trong giá đỡ hoặc ngoài giá đỡ thông qua các cổng đường lên băng thông cao. Do các yếu tố như nhiều máy ảo chia sẻ cùng một kết nối mạng, Ethernet 10Gb được sử dụng rộng rãi làm liên kết giữa giá máy chủ và bộ chuyển đổi ToR trong mạng trung tâm dữ liệu đám mây. Một giá điển hình có thể chứa theo thứ tự từ 40 máy chủ trở lên, vì vậy nhiều bộ chuyển mạch ToR chứa tới 48 cổng 10GbE và bốn cổng đường lên 40GbE được kết nối với các bộ chuyển mạch tổng hợp. Mặc dù đây là 3. 1 không phù hợp về băng thông máy chủ [480Gbps] so với băng thông đường lên [160Gbps], lưu lượng trung tâm dữ liệu về bản chất rất bùng nổ và rất hiếm khi tất cả các máy chủ sử dụng đồng thời toàn bộ phân bổ băng thông 10Gbps của chúng.

Như chúng ta đã thảo luận trong chương trước, công nghệ silicon chuyển mạch có thể đặt ra giới hạn về số lượng cổng tối đa trên mỗi chip chuyển đổi. Trong trường hợp chuyển đổi ToR, một chip chuyển đổi duy nhất có thể hỗ trợ tất cả các cổng được mô tả ở trên [48 10GbE cộng với bốn 40GbE] bằng công nghệ ngày nay. Trong trường hợp cổng 10GbE, cáp đồng gắn trực tiếp, chi phí thấp hơn có thể được sử dụng cho khoảng cách ngắn giữa máy chủ và thiết bị chuyển mạch ToR, ít hơn vài mét. Các mô-đun quang được sử dụng cho các cổng đường lên của công tắc ToR vì chúng cần truyền khoảng cách xa hơn và băng thông cao hơn cho các công tắc khác kết nối nhiều giá đỡ máy chủ với nhau. Các đường lên có thể được kết nối với các công tắc tổng hợp tổng hợp lưu lượng từ nhiều công tắc ToR thành một công tắc lõi

Mỗi công tắc ToR chứa một bộ xử lý mặt phẳng điều khiển, trong số những thứ khác, định cấu hình các bảng chuyển tiếp công tắc và theo dõi tình trạng của công tắc. Bộ xử lý này có thể chạy các giao thức chuyển tiếp lớp 2 hoặc lớp 3 hoặc chỉ xử lý các lệnh cập nhật bảng từ bộ điều khiển mạng [SDN] tập trung bên ngoài. Sử dụng các giao thức mạng lớp 2 hoặc 3 truyền thống, mỗi bộ chuyển mạch tìm hiểu về môi trường của nó thông qua trao đổi thông tin với các bộ chuyển mạch và máy chủ khác trong mạng. Ngày nay, nhiều cách tiếp cận trực tiếp hơn có thể được sử dụng khi quản trị viên mạng định cấu hình và giám sát tất cả các công tắc ToR trong mạng. Trong tương lai gần, công việc điều phối mạng này sẽ được thực hiện một cách tự động hơn bằng cách sử dụng mạng được xác định bằng phần mềm

ToR cũng có thể hoạt động như một cổng kết nối giữa các máy chủ và phần còn lại của mạng bằng cách cung cấp các chức năng như tạo đường hầm, lọc, giám sát và cân bằng tải. Để kích hoạt các tính năng này, ToR cần kiểm tra các tiêu đề gói và khớp các trường tiêu đề khác nhau bằng cách sử dụng cái được gọi là quy tắc Danh sách kiểm soát truy cập [ACL]. Kết quả của một trận đấu có thể tạo ra một số hành động như định tuyến gói, tạo đường hầm cho gói, gán gói cho nhóm cân bằng tải, đếm gói, cảnh sát gói, loại bỏ gói hoặc gán lớp lưu lượng cho gói để đi ra . Bằng cách thêm khả năng này vào công tắc ToR, các chức năng của các thành phần mạng khác có thể được đơn giản hóa, giảm chi phí mạng tổng thể

2. 4. 1 Cấu trúc liên kết mạng diện rộng công suất thấp

Các cấu trúc liên kết nổi bật là hình sao và lưới. Nói chung, cấu trúc liên kết sao hoặc nối sao sao được ưu tiên cho LPWAN trên mạng lưới để tiết kiệm năng lượng pin và tăng phạm vi liên lạc. Khả năng kết nối tầm xa của LPWAN cho phép các mạng một chặng như vậy truy cập vào một số lượng lớn các nút, do đó giảm chi phí. Từ quan điểm phủ sóng, các công nghệ cảm biến không dây truyền thống như ZigBee, Bluetooth và Wi-Fi không được thiết kế để phủ sóng rộng và do đó không được áp dụng trực tiếp như công nghệ LPWAN.

Hình thức cấu trúc liên kết mạng không dây đơn giản nhất là mạng điểm-điểm trong đó các nút giao tiếp trực tiếp với nút trung tâm. Nó thường được sử dụng cho các ứng dụng giám sát từ xa và có thể hữu ích trong các môi trường nguy hiểm nơi việc chạy dây khó khăn hoặc nguy hiểm. Các công nghệ LPWAN như vậy hỗ trợ cấu trúc liên kết hình sao, như minh họa trong Hình. 2–2A . Mạng hình sao bao gồm một nút cổng mà tất cả các nút khác kết nối. Các nút chỉ có thể giao tiếp với nhau thông qua cổng. Thông báo nút được chuyển tiếp đến máy chủ trung tâm thông qua cổng. Mỗi nút cuối truyền tin nhắn đến một hoặc nhiều cổng. Cổng chuyển tiếp tin nhắn đến máy chủ mạng nơi thực hiện kiểm tra dự phòng, lỗi và bảo mật. Mạng hình sao nhanh và đáng tin cậy nhờ tính năng đơn bước của chúng. Các nút bị lỗi cũng có thể dễ dàng được xác định và cách ly. Tuy nhiên, nếu cổng bị lỗi, tất cả các nút được kết nối với nó sẽ không thể truy cập được. Vì nút cuối gửi tin nhắn đến nhiều cổng nên không cần giao tiếp giữa các cổng. Điều này đơn giản hóa thiết kế so với các mạng mà các nút cuối là thiết bị di động.

Mạng cấu trúc liên kết dạng lưới bao gồm một nút cổng, các nút cảm biến và các nút định tuyến kiêm cảm biến được kết nối, như minh họa trong Hình. 2–2B .

Tất cả các nút có thể kết nối trực tiếp với nhau trong cấu trúc liên kết lưới đầy đủ. Trong cấu trúc liên kết lưới một phần, một số nút được kết nối với một số nút khác, nhưng những nút khác chỉ được kết nối với những nút mà chúng trao đổi nhiều thông điệp nhất.

Mạng lưới có một số lợi thế như có sẵn nhiều tuyến để có thể tiếp cận, truyền tải lên/xuống đồng thời, khả năng mở rộng mạng dễ dàng và khả năng tự phục hồi. Các mạng này có một số nhược điểm bao gồm độ phức tạp do các nút dư thừa, độ trễ tăng thêm do giao tiếp nhiều bước và tăng chi phí. Dự phòng của các nút cũng ảnh hưởng đến hiệu quả năng lượng của mạng

Trong cấu trúc liên kết nào, mọi nút được kết nối với các nút khác?

Cấu trúc liên kết nào kết nối tất cả các thiết bị với nhau?