Bridge là gì? Cách hoạt động và ứng dụng trong mạng LAN

Quá trình kết nối các phân đoạn mạng LAN cần một cơ chế chuyển tiếp dữ liệu phù hợp để hạn chế lưu lượng không cần thiết. Bridge đảm nhiệm vai trò cầu nối, sử dụng địa chỉ MAC để xác định nơi chuyển khung dữ liệu. Cùng Viettel IDC tìm hiểu Bridge là gì, hoạt động ra sao và khác Switch, Router ở những điểm nào.

Bridge là gì trong mạng máy tính?

Bridge (cầu nối mạng) là thiết bị hoặc chức năng phần mềm dùng để kết nối các phân đoạn mạng LAN, cho phép chúng trao đổi dữ liệu trong cùng một mạng ở tầng liên kết dữ liệu (Layer 2) của mô hình OSI. Bridge sử dụng địa chỉ MAC để quyết định chuyển tiếp hoặc lọc các khung dữ liệu (frame) giữa những phân đoạn được kết nối.

Ví dụ, một văn phòng có hai nhóm máy tính nằm ở hai phân đoạn mạng khác nhau, được nối qua Bridge. Khi máy tính thuộc nhóm thứ nhất gửi dữ liệu đến máy tính ở nhóm thứ hai, Bridge chuyển khung dữ liệu sang phân đoạn chứa máy đích dựa trên bảng địa chỉ MAC đã học. Nếu cả máy gửi và máy nhận đều thuộc cùng một phân đoạn và Bridge đã biết vị trí máy nhận, khung dữ liệu sẽ không được chuyển sang phân đoạn còn lại.

Bridge có chức năng gì?

Chức năng của Bridge là kết nối các phân đoạn mạng LAN và kiểm soát việc chuyển tiếp khung dữ liệu giữa chúng. Dựa trên bảng địa chỉ MAC, Bridge xác định lưu lượng cần chuyển sang phân đoạn khác và hạn chế những khung dữ liệu không cần thiết đi qua cầu nối.

- Kết nối các phân đoạn mạng LAN: Bridge liên kết các phân đoạn thành một mạng ở tầng liên kết dữ liệu, cho phép thiết bị ở các phân đoạn trao đổi thông tin với nhau.

- Học và lưu địa chỉ MAC: Bridge ghi nhận địa chỉ MAC nguồn cùng cổng tiếp nhận khung dữ liệu để xây dựng bảng chuyển tiếp. Bảng được cập nhật trong quá trình hoạt động, giúp xác định vị trí của các thiết bị.

- Chuyển tiếp dữ liệu đến phân đoạn phù hợp: Khi đã biết MAC đích thuộc cổng nào, Bridge chuyển khung dữ liệu qua cổng tương ứng. Nếu chưa biết vị trí đích, Bridge phát khung đến các cổng còn lại trong cùng miền quảng bá, theo trạng thái và cấu hình cổng.

- Lọc lưu lượng giữa các phân đoạn: Khi xác định máy gửi và máy nhận nằm cùng phía một cổng, Bridge không chuyển khung dữ liệu sang các phân đoạn khác. Nhờ đó, lưu lượng nội bộ của một phân đoạn không chiếm dụng đường truyền ở những phân đoạn còn lại.

Bridge hoạt động như thế nào?

Bridge hoạt động bằng cách học địa chỉ MAC nguồn và tra cứu địa chỉ MAC đích để quyết định cách chuyển tiếp khung dữ liệu. Quá trình diễn ra liên tục, giúp cầu nối cập nhật vị trí thiết bị và kiểm soát lưu lượng giữa các phân đoạn mạng.

Giả sử máy tính A, B và C kết nối với Bridge lần lượt qua cổng 1, 2 và 3, cùng thuộc một VLAN. Ban đầu, bảng địa chỉ MAC của Bridge chưa có thông tin về các máy.

Học địa chỉ MAC nguồn

Khi máy tính A gửi khung dữ liệu đến máy tính B, Bridge nhận khung tại cổng 1 và đọc địa chỉ MAC nguồn. Bridge ghi thông tin MAC của A → cổng 1 vào bảng chuyển tiếp, qua đó xác định đường dẫn đến máy A cho những lần truyền tiếp theo.

Ở thời điểm đó, Bridge chưa biết B nằm ở cổng nào. Địa chỉ MAC đích trong khung cho biết thiết bị cần nhận dữ liệu, nhưng chưa cung cấp vị trí cổng kết nối của thiết bị.

Tra cứu địa chỉ MAC đích và chuyển tiếp dữ liệu

Bridge tìm địa chỉ MAC của B trong bảng chuyển tiếp. Do chưa có thông tin, Bridge thực hiện flooding, chuyển bản sao khung dữ liệu đến cổng 2 và cổng 3, không gửi ngược lại cổng 1. Trong ví dụ, các cổng đều đang cho phép chuyển tiếp và thuộc cùng VLAN.

Khi B phản hồi, Bridge nhận khung tại cổng 2 và ghi thêm MAC của B → cổng 2. Vì đã biết A nằm ở cổng 1, Bridge chuyển khung phản hồi trực tiếp về cổng 1, không gửi sang cổng 3.

Lọc lưu lượng và cập nhật bảng MAC

Sau khi học được vị trí của A và B, Bridge chuyển các khung dữ liệu giữa hai máy qua đúng cổng tương ứng. Máy C không tiếp tục nhận bản sao của những khung unicast A–B khi thông tin đích vẫn còn hợp lệ trong bảng.

Nếu máy gửi và máy nhận cùng nằm trên một phân đoạn phía sau một cổng, Bridge không chuyển khung sang các cổng khác khi đã biết vị trí máy nhận. Đồng thời, các mục MAC động được cập nhật theo lưu lượng nhận được và hết hạn khi không được làm mới trong khoảng thời gian quy định.

Ưu điểm và nhược điểm của Bridge

Bridge hỗ trợ mở rộng kết nối và kiểm soát lưu lượng giữa các phân đoạn mạng LAN. Tuy nhiên, việc triển khai cần tính đến phạm vi quảng bá, nguy cơ vòng lặp và năng lực xử lý của thiết bị.

Ưu điểm của Bridge

- Mở rộng kết nối mạng LAN: Bridge liên kết các phân đoạn mạng ở Layer 2, cho phép những thiết bị thuộc các phân đoạn khác nhau trao đổi dữ liệu trong cùng mạng.

- Giảm lưu lượng không cần thiết: Khi đã xác định vị trí máy nhận, Bridge chỉ chuyển khung dữ liệu sang phân đoạn phù hợp, hạn chế lưu lượng đi qua những phân đoạn không liên quan.

- Hoạt động trong suốt với thiết bị đầu cuối: Máy tính không cần cài phần mềm riêng để giao tiếp qua Bridge. Quá trình học địa chỉ MAC và chuyển tiếp khung dữ liệu diễn ra tại cầu nối.

- Linh hoạt trong hình thức triển khai: Chức năng Bridge được triển khai trên thiết bị mạng hoặc bằng phần mềm, phục vụ kết nối mạng vật lý và các môi trường ảo hóa.

Nhược điểm của Bridge

- Không tự tách miền quảng bá: Trong cùng VLAN, khung broadcast vẫn được chuyển đến các phân đoạn liên quan. Khi lưu lượng quảng bá tăng cao, băng thông và tài nguyên xử lý của mạng bị chiếm dụng.

- Phát sinh nguy cơ vòng lặp Layer 2: Nếu các cầu nối tạo thành đường kết nối khép kín nhưng thiếu cơ chế kiểm soát, khung dữ liệu sẽ lưu chuyển lặp lại, gây bão quảng bá. Mạng cần cơ chế chống vòng lặp như STP khi triển khai đường dự phòng.

- Không thay thế chức năng định tuyến: Bridge thuần Layer 2 không định tuyến lưu lượng giữa các mạng IP khác nhau. Nhu cầu kết nối các subnet cần Router hoặc thiết bị có chức năng Layer 3.

- Hiệu năng phụ thuộc vào cấu hình triển khai: Tốc độ cổng, năng lực xử lý và dung lượng bảng MAC giới hạn khả năng chuyển tiếp. Việc bổ sung Bridge không tự làm tăng băng thông Internet hoặc loại bỏ tình trạng nghẽn mạng.

Các loại Bridge phổ biến hiện nay

Xét theo cơ chế hoạt động, Bridge được chia thành ba loại gồm Transparent Bridge, Source-route Bridge và Translational Bridge. Mỗi loại có cách xử lý khung dữ liệu và phạm vi ứng dụng riêng.

Transparent Bridge – Cầu nối trong suốt

Transparent Bridge tự học địa chỉ MAC của thiết bị để xây dựng bảng chuyển tiếp, sau đó sử dụng bảng để lọc hoặc chuyển khung dữ liệu đến phân đoạn phù hợp. Thiết bị đầu cuối không cần biết sự hiện diện của cầu nối hay thực hiện cấu hình riêng để giao tiếp qua Bridge.

Loại cầu nối này gắn với mạng Ethernet và là nền tảng cho hoạt động chuyển mạch của Switch Layer 2. Ví dụ, khi máy tính gửi dữ liệu đến máy in ở phân đoạn khác, Transparent Bridge tra cứu MAC đích để xác định cổng chuyển tiếp.

Source-route Bridge – Cầu nối định tuyến nguồn

Source-route Bridge chuyển tiếp khung dữ liệu theo thông tin đường đi do thiết bị nguồn đưa vào khung. Thay vì tự quyết định cổng chuyển tiếp bằng cơ chế học MAC như Transparent Bridge, cầu nối xử lý theo lộ trình đã được xác định. Loại Bridge này gắn với mạng Token Ring, chủ yếu xuất hiện trong các hệ thống và tài liệu mạng truyền thống. 

Translational Bridge – Cầu nối chuyển đổi

Translational Bridge kết nối các mạng sử dụng định dạng khung hoặc công nghệ liên kết dữ liệu khác nhau. Cầu nối chuyển đổi những thành phần cần thiết của khung để dữ liệu được truyền giữa hai phía.

Ví dụ điển hình là kết nối mạng Ethernet với mạng Token Ring. Khả năng chuyển đổi phụ thuộc vào những công nghệ được thiết bị hỗ trợ, không áp dụng cho mọi giao thức mạng.

Bridge khác Switch và Router như thế nào?

Bridge và Switch Layer 2 chuyển tiếp khung dữ liệu dựa trên địa chỉ MAC, còn Router sử dụng địa chỉ IP để định tuyến giữa các mạng. Để hiểu Bridge và Switch khác nhau thế nào, cần xét đến cách triển khai và vai trò sử dụng, bởi Switch Layer 2 thực hiện chức năng của một cầu nối nhiều cổng.

Kết luận

Hiểu rõ Bridge là gì giúp bạn phân biệt chức năng cầu nối với chuyển mạch và định tuyến trong hệ thống mạng. Dựa trên nhu cầu kết nối LAN, liên kết không dây hoặc triển khai mạng ảo, bạn sẽ xác định được cách ứng dụng Bridge phù hợp.

Để tìm hiểu thêm về các sản phẩm, dịch vụ tại Viettel IDC, vui lòng liên hệ:

- Hotline: 1800.8088 (miễn phí cước gọi)

- Fanpage: https://www.facebook.com/viettelidc

- Website: https://viettelidc.com.vn