Có nhiều cách khác nhau để xây dựng mạng máy tính. Topology mạng mesh (lưới) đang dần trở thành tiêu chuẩn vàng mới cho mạng gia đình, nhưng "mesh topology" nghĩa là gì?
Chúng tôi sẽ giải thích những điều quan trọng nhất bạn cần biết về topology mạng, tại sao công nghệ mesh độc đáo, và tại sao nó trở nên phổ biến.
"Topology" Nghĩa Là Gì?
Topology đề cập đến cách các thứ được sắp xếp liên quan đến nhau. Ví dụ, bản đồ topological của khu vực không dùng nhiều cho điều hướng chi tiết, nhưng nó hiển thị "bức tranh toàn cảnh" sự sắp xếp các điểm quan tâm.
Trong bối cảnh khoa học máy tính và mạng, topology đề cập đến cách các yếu tố của mạng được liên kết với nhau. Nó mô tả node nào trên mạng có thể giao tiếp trực tiếp trước khi phải đi qua node khác.
Các Loại Topology Mạng Khác
Có năm loại topology mạng chung, mỗi loại với ưu và nhược điểm.
Linear Bus Topology có tất cả node kết nối với một cáp đơn. Cáp này gọi là kết nối "backbone" (xương sống), với "terminator" (đầu cuối) ở mỗi đầu cáp chính. Dữ liệu chỉ chảy một chiều tại một thời điểm, gọi là hệ thống "half-duplex".
Đây là thiết lập mạng đơn giản không yêu cầu nhiều cáp. Tuy nhiên, điểm yếu của bus topology là toàn bộ mạng ngừng hoạt động nếu cáp backbone gặp sự cố. Cũng khó xác định thiết bị nào trên mạng gây vấn đề, làm khắc phục sự cố tốn thời gian.
Ring Topology không có cáp đơn với terminator ở mỗi đầu. Thay vào đó, tất cả node được sắp xếp thành vòng tròn, mỗi node luôn có node khác ở cả hai bên. Khác với bus topology, ring topology hoạt động ở chế độ full-duplex để dữ liệu có thể gửi và nhận cùng lúc. Giống bus topology, bất kỳ lỗi cáp nào làm cả mạng sập.
Star Topology là loại mạng gia đình phổ biến nhất ngày nay. Ở đây, tất cả node trong mạng có kết nối trực tiếp với thiết bị trung tâm. Thiết bị này có thể là network switch, hub, hoặc router. Tất cả lưu lượng mạng chảy qua thiết bị chính này.
Một nhược điểm là tiềm năng tắc nghẽn mạng và, tất nhiên, thiết bị hub như điểm lỗi đơn lẻ (single point of failure). Nó cũng yêu cầu nhiều cáp hơn các topology trên trong mạng có dây.
Tuy nhiên, trong hầu hết mạng gia đình, đây không phải vấn đề vì hầu hết thiết bị kết nối với router không dây qua Wi-Fi, Ethernet dành cho vài thiết bị.
Tree Topology (còn gọi Expanded Star Topology, hay Hierarchical Topology) lấy ý tưởng star topology và mở rộng thành kiến trúc dạng cây. Ví dụ, router nhà bạn là trung tâm star topology, nhưng nó là node trên star lớn hơn với router cục bộ, là node trên star lớn hơn nữa.
Các mạng star topology khác nhau cũng kết nối với cáp backbone, vì vậy "thân" của tree topology là mạng bus tuyến tính, và "nhánh" là mạng star topology.
Giữ các thiết kế mạng chung này trong tâm trí khi chúng tôi giải thích mesh topology.
Mạng Mesh Topology cung cấp kết nối trực tiếp giữa hai node bất kỳ. Khác với bus hoặc ring topology, lưu lượng mạng không phải đi qua mọi node để đến đích. Cũng không phải đi qua hub trung tâm như star topology. Hai node bất kỳ có thể giao tiếp riêng tư, không ai khác trên mạng có thể nghe lén.
Điều đó đúng với mạng full mesh, nhưng có hai loại mesh topology, hãy giải thích sơ qua loại đầu.
Full Mesh Topology So Với Partial Mesh Topology
Có hai loại mesh topology. Trong mạng Full Mesh, mọi node trên mạng có kết nối point-to-point đến mọi node khác. Nghĩa là không quan trọng hai node ở đâu trên mạng, luôn có kết nối trực tiếp có dây hoặc không dây giữa chúng. Điều này yêu cầu dây phức tạp nhất với số kết nối tăng nhanh với mỗi node thêm.
Mạng Partial Mesh có triết lý thiết kế giống nhau là node kết nối trực tiếp với node khác, nhưng không phải mọi node kết nối với mọi node khác. Mọi node kết nối với ít nhất một node khác, và thường nhiều hơn, nhưng partial mesh không phức tạp gần bằng.
Ưu Điểm Của Mesh Topology
Ưu điểm chính của mạng full mesh là kết nối dự phòng (redundant). Ngay cả khi kết nối trực tiếp giữa bất kỳ số node nào thất bại, chúng luôn có thể qua đường bằng cách định tuyến qua node mạng khác, ngay cả khi không nhanh bằng. Thậm chí tốt hơn, dễ dàng xác định lỗi ở đâu theo thiết kế, nên sửa chữa tương đối dễ.
Về mặt đó, mạng full mesh giống internet nói chung, nơi luôn có ít nhất một tuyến truyền dữ liệu khả thi, ngay cả khi phân đoạn mạng lớn sập. Partial mesh cung cấp ít dự phòng hơn, mặc dù nhà thiết kế mạng có thể tập trung cho node quan trọng nhất nhiều kết nối nhất, cân bằng dự phòng, chi phí, và độ phức tạp.
Ngoài dự phòng, mạng mesh có ưu điểm lớn về hiệu suất mạng vì tất cả node có thể gửi và nhận dữ liệu cùng lúc, chọn tuyến hiệu quả nhất qua mạng. Nghĩa là mạng ổn định, độ trễ thấp hoàn hảo cho thiết lập IoT (Internet of Things) trong nhà thông minh.
Mạng mesh có quyền riêng tư tuyệt vời vì dữ liệu di chuyển giữa thiết bị mạng trong hệ thống full mesh.
Cuối cùng, mạng mesh có khả năng mở rộng (scalability) tuyệt vời mà không ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất hoặc băng thông. Mạng mesh có thể phát triển tự nhiên theo thời gian bằng cách thêm node mới và kết nối vào node gần nhất (partial mesh) hoặc tất cả node khác (full mesh).
Nhược Điểm Của Mesh Topology
Hai nhược điểm chính của mesh topology là chi phí và độ phức tạp. Thiết lập partial mesh giúp cân bằng các vấn đề này, nhưng mạng full-mesh có dây giống như mạng nhện của kết nối.
Mạng mesh tiêu thụ năng lượng cao hơn các loại mạng khác. Đó là vì tất cả node phải hoạt động và bật để cung cấp đường định tuyến cho dữ liệu. Cũng có gánh nặng bảo trì đáng kể vì node riêng lẻ phát sinh vấn đề vì bất kỳ lý do nào phải được sửa hoặc thay để duy trì hiệu suất mạng.
Mạng Mesh Không Dây Trong Gia Đình
Mạng LAN (Local Area Networks) dùng trong gia đình truyền thống là mạng star topology. Tất cả thiết bị kết nối với router trung tâm, dù qua Wi-Fi hay Ethernet. Nhu cầu kết nối internet toàn nhà đang tăng với sự trỗi dậy của thiết bị thông minh và thiết bị gia dụng.
Thiết bị tập trung có thể gây nghẽn hiệu suất và giới hạn phạm vi kết nối có dây và tín hiệu không dây không dùng repeater hay extender. Repeater và extender đi kèm cấu hình phức tạp và hiệu suất mạng kém hơn, nên không phải giải pháp lý tưởng cho mạng toàn nhà.
Mesh network router trong gia đình là ví dụ của mạng partial mesh hoặc có thể loại topology lai. Không phải tất cả node kết nối với mọi node. Thay vào đó, node chính kết nối với WAN (Wide Area Network), cách khác gọi internet lớn hơn ngoài mạng nhà.
Node chính kết nối trực tiếp với thiết bị như laptop và smartphone, nhưng cũng thiết lập kết nối không dây chuyên dụng đến các đơn vị mesh network khác. Mỗi mesh router kết nối với đơn vị mesh tiếp theo với tốc độ kết nối và độ tin cậy tốt nhất. Kết nối đó có thể qua Wi-Fi hoặc qua Ethernet "backhaul", nơi cáp tốc độ cao kết nối một số đơn vị mesh router.
Khi thiết bị di chuyển quanh nhà, chúng được chuyển giao liền mạch giữa các đơn vị mesh khi mỗi cái truyền đường dẫn đến internet. Client node như smartphone không được dùng như một phần của mesh. Không có lưu lượng được định tuyến qua thiết bị client trực tiếp đến thiết bị khác. Tất cả lưu lượng đi đến mesh router node gần nhất. Nếu muốn mở rộng mạng để cải thiện hiệu suất hoặc phủ sóng, thêm đơn vị mesh.
Như bạn thấy, mạng "mesh" không dây cho gia đình không hoàn toàn khớp mẫu mạng mesh thực. Thay vào đó, nó giống như có vài mạng star-topology liên kết bằng tập hợp kết nối mesh con chuyên dụng.
Vẫn vậy, đây là giải pháp mạng gia đình tiên tiến và liền mạch nhất. Chúng tôi khuyên dùng cho bất kỳ ai, miễn ngân sách cho phép công nghệ mới này.