›
›

Giáo trình Mạng và truyền số liệu

doc 170 trang ngocly 1080
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Mạng và truyền số liệu", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • docgiao_trinh_mang_va_truyen_so_lieu.doc

Nội dung text: Giáo trình Mạng và truyền số liệu

  1. Giáo trình Mạng và truyền số liệu 1
  2. MỤC LỤC CHƯƠNG 1, TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG 9 1.1. Khái Quát Về Thông Tin Số Liệu và Mạng Truyền Số Liệu 9 1.1.1 Khái quát về thông tin số liệu 9 1.2.2. Mạng truyền số liệu 10 1.2 Các Yếu Tố Của Mạng Máy Tính 13 1.2.1. Đường truyền vật lý 13 1.2.2. Kiến trúc mạng 14 1.3. Phân Loại Mạng Máy Tính 15 1.3.1. Phương thức kết nối mạng được sử dụng chủ yếu trong liên kết mạng 15 1.3.2. Phân loại mạng máy tính theo vùng địa lý 15 1.3.3. Phân loại mạng máy tính theo tôpô 16 1.3.4. Phân loại mạng theo chức năng 18 1.3.5. Phân biệt mạng LAN-WAN 18 1.4. Một Số Bộ Giao Thức Cơ Bản 19 1.4.1. Giới thiệu 19 1.4.2. Mô hình TCP/IP 19 1.4.2.1. Tầng truy cập mạng (Network access layer) 25 1.4.2.2. Tầng Internet (Internet layer) 25 1.4.2.3. Tầng vận chuyển (Transport layer) 24 1.4.2.4. Tầng ứng dụng (Application layer) 24 1.4.3. Mô hình OSI 21 1.5. Xu Hướng Phát Triển Của Mạng Truyền Thông Hiện Đại 26 1.5.1. Mạng thế hệ mới (NGN) 26 1.5.2. Mạng viễn thông thế hệ mới trên nền IP 26 1.5.3. Mạng 3G 27 2
  3. 1.5.4. Công nghệ truyền thoại qua internet (VoIP) 28 1.6. Giới Thiệu Một Số Phần Mềm Mô Phỏng Mạng 29 1.6.1. Bonson netsim 29 1.6.2. Packet tracer 29 1.6.3. GNS3 (Graphical network simulator v3.0) 29 CHƯƠNG 2, MÔ HÌNH HỆ THỐNG MỞ OSI 31 Giới thiệu về mô hình OSI 31 Mối quan hệ giữa các tầng trong mô hình OSI 32 Quá trình chuyển dữ liệu qua các tầng của mô hình OSI 32 Chức năng của các tầng trong mô hình OSI 33 2.1. Tầng vật lý (physical layer) 33 2.2. Tầng liên kết dữ liệu (Data link layer) 34 2.3. Tầng mạng – Network Layer 36 2.4. Tầng giao vận – Transport layer (Tầng vận chuyển) 38 2.5. Tầng phiên – Session layer 40 2.6. Tầng trình diễn – Presentation Layer (Tầng trình bày) 40 2.7. Tầng ứng dụng 41 Chương 3, Giao diện vật lý 3.1. Vai trò và chức năng của tầng vật lý 43 3.2. Các loại tín hiệu và các yếu tố ảnh hưởng 43 3.2.1. Tín hiệu dùng theo chuẩn V.28 43 3.2.2. Tín hiệu Dòng 20mA 43 3.2.3. Tín hiệu dùng theo chuẩn RS-422A/V.11 43 3.2.4. Các tín hiệu truyền trên cáp đồng trục 44 3.2.4.1. Chế độ băng cơ bản 44 3.2.4.2. Chế độ băng rộng 44 3.2.5. Các tín hiệu cáp quang 44 3.2.6. Tín hiệu vệ tinh và Radio 44 3.3. Môi trường truyền thông 52 3
  4. 3.3.1. Môi trường truyền dẫn có dây 52 3.3.1.1. Các đường truyền 2 dây không xoắn 52 3.3.1.2. Các đường dây xoắn đôi 52 3.3.1.3. Cáp đồng trục 53 3.3.1.4. Cáp quang 53 3.3.2. Môi trường truyền dẫn không dây 54 3.3.2.1. Đường truyền vệ tinh 54 3.3.2.2. Đường truyền vi ba 55 3.3.2.3. Đường truyền vô tuyến tần số thấp 55 3.4. Các chuẩn giao tiếp vật lý 57 3.4.1. Giao tiếp EIA – 232D/V24 57 3.4.2. Modem rỗng (Null Modem) 59 3.4.3. Giao tiếp EIA-530 60 3.4.4. Giao tiếp EIA-430/V35 62 3.4.5. Giao tiếp X21 62 3.4.6. Giao tiếp ISDN 63 3.5. Các chế độ truyền thông dữ liệu 64 3.5.1. Truyền thông đồng bộ 64 3.5.2. Truyền thông bất đồng bộ 65 3.6. Mạch điều khiển truyền số liệu 65 3.6.1. Khái quát 65 3.6.2. Giao tiếp truyền có thể lập trình UART 8250 của Intel 69 3.6.2.1.Giao tiếp bus: 70 3.6.2.2.Xung đồng hồ và sự định thời gian: 71 3.6.2.3.Cấu trúc bên trong và hoạt động của 8250 71 3.7. Các thiết bị điều khiển truyền số liệu 71 3.7.1. Khái quát 71 3.7.2. Bộ ghép kênh phân thời 72 3.7.3. Bộ ghép kênh thống kê 72 4
  5. Chương 4. 4.1. Giới thiệu 73 4.2. Các vấn đề của tầng liên kết dữ liệu 73 4.2.1. Cung cấp dịch vụ cho tầng mạng 73 4.2.2. Khung tin – Nhận biết gói tin 74 4.2.3. Kiểm tra lỗi 74 4.2.4. Điều khiển luồng dữ liệu 74 4.2.5. Quản lý liên kết 75 4.2.6. Nén dữ liệu khi truyền 75 4.3. Phát hiện sai và sửa lỗi 75 4.3.1. Phương pháp bit chẵn lẻ (parity) 75 4.3.2. Tính theo đa thức chuẩn 76 4.3.3. Mã sửa sai 77 4.4. Các giao thức cửa sổ trượt 78 4.4.1. ARQ dừng và chờ (Stop and Wait ARQ) 78 4.4.2. Trở lại N - ARQ (Go back - N - ARQ) 79 4.4.3. Truyền lại có lựa chọn ARQ (Selective Reject ARQ) 80 4.5. Một vài giao thức liên kết số liệu 80 4.5.1. Giao thức HDLC (High level data link control) 80 4.5.2.Giao thức BSC (Binary Synchonous Communication) 83 4.5.2.1. Tập kí tự điều khiển 83 4.5.2.2.Dạng bản tin 83 4.5.2.3. Trao đổi bản tin 84 4.5.3. Giao thức PPP 84 CHƯƠNG 5, TẦNG MẠNG 87 5.1. Vai trò của tầng mạng 87 5.2. Các dịch vụ cung cấp cho tầng giao vận 87 5.3. Tổ chức các kênh truyền tin trên mạng 88 5.3.1. Kênh ảo (virtual circuit) 88 5
  6. 5.3.2. Mạng Datagram 88 5.4. Giải thuật chọn đường 89 5.4.1 Chức năng của giải thuật vạch đường 89 5.4.2 Đại lượng đo lường (Metric) 89 5.4.3 Mục đích thiết kế 89 5.4.4. Phân loại giải thuật chọn đường 90 5.4.4.1 Giải thuật chọn đường tĩnh - Giải thuật chọn đường động 90 5.4.4.2 Giải thuật chọn đường một đường - Giải thuật chọn đường nhiều đường 90 5.4.4.3 Giải thuật chọn đường bên trong khu vực - Giải thuật chọn đường liên khu vực 91 5.4.4.4 Giải thuật chọn đường theo kiểu trạng thái nối kết (Link State Routing) và Giải thuật chọn đường theo kiểu vector khoảng cách (Distance vector) 92 5.5. Vấn đề tắc nghẽn và điều khiển luồng dữ liệu 92 5.5.1. Vấn đề tắc nghẽn 92 5.5.2. Điều khiển luồng (Flow Control) 93 5.6. Giao thức liên mạng (Internet Protocol) 93 5.6.1. Giới thiệu chung 93 5.6.2. Kiến trúc địa chỉ IP (IPv4) 95 5.6.3. Chọn tuyến (IP routing) 99 5.6.4. Giao thức liên mạng thế hệ mới (IPv6) 101 CHƯƠNG 6, MẠNG CỤC BỘ LAN 104 6.1. Giới thiệu 104 6.2. Các giao thức điều khiển truy nhập đường truyền 104 6.2.1. Giao thức CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 104 6.2.2. Giao thức truyền thẻ bài (Token passing) 105 6.2.3. Giao thức FDDI 106 6
  7. 6.3. CÁC CHUẨN GIAO THỨC LAN 106 6.4. Các thiết bị dùng để kết nối LAN 107 6.4.1. Bộ lặp tín hiệu (Repeater) 107 6.4.2. Bộ tập trung (Hub) 109 6.4.3. Cầu (Bridge) 109 6.4.4. Bộ chuyển mạch (Switch) 113 6.4.5. Bộ định tuyến(Router) 113 6.5. Lan không dây 113 6.5.1. Khái quát 113 6.5.2. Đường truyền không dây 115 6.5.2.1. Đường truyền bằng song radio 115 6.5.2.2. Đường truyền bằng song hồng ngoại 118 6.6. Mạng lan ảo (VLAN) 118 6.6.1. Tạo mạng LAN ảo với một bộ chuyển mạch 119 6.6.2. Tạo mạng LAN ảo với nhiều bộ chuyển mạch 119 6.6.3. Cách xây dựng mạng LAN ảo 120 6.6.4. Ưu điểm và nhược điểm của mạng LAN ảo 120 CHƯƠNG 7. MẠNG DIỆN RỘNG WAN 122 7.1. Các khái niện về mạng WAN 122 7.1.1. Mạng WAN là gì? 122 7.1.2. Các lợi ích và chi phí khi kết nối WAN 123 7.1.3. Những điểm cần chú ý khi thiết kế WAN 124 7.2. Một số công nghệ kết nối cơ bản dùng cho mạng WAN 125 7.2.1. Mạng chuyển mạch (Circuit Swiching Network) 125 7.2.2. Mạng chuyển gói (Packet Switching Network) 138 7.2.3. Kết nối WAN dùng VPN 147 7.3. Các thiết bị dùng cho mạng WAN 149 7.3.1. Router (Bộ định tuyến) 149 7.3.2. Chuyển mạch WAN 152 7
  8. 7.3.3. Access Server 152 7.3.4. Modem 154 7.3.5. CSU/DSU 156 7.3.6. ISDN terminal Adaptor 156 7.4. Các giao thức định tuyến 157 7.4.1. Link-state 157 7.4.2. Các giao thức định tuyến 158 CHương 8: Tài liệu tham khảo Error! Bookmark not defined. 8
  9. CHƯƠNG 1, TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG 1.1. Khái Quát Về Thông Tin Số Liệu và Mạng Truyền Số Liệu 1.1.1 Khái quát về thông tin số liệu Thông tin liên lạc đóng vai trò hết sức quang trọng trong cuộc sống, hầu hết chúng ta luôn gắn liền với một vài dạng thông tin nào đó. Các dạng trao đổi tin có thể như: đàm thoại người với người, đọc sách, gửi và nhận thư, nói chuyện qua điện thoại, xem phim hay truyền hình, xem triển lãm tranh , tham dự diễn đàn . . . Có hàng nghìn ví dụ khác nhau về thông tin liên lạc, trong đó gia công chế biến để truyền đi trong thông tin số liệu là một phần đặc biệt trong lĩnh vực thông tin. Hình 1.1. Một hệ thống thông tin cơ bản Từ các ví dụ trên chúng ta nhận thấy rằng mỗi hệ thống truyền tin đều có các đặc trưng riêng nhưng có một số đặc tính chung cho tất cả các hệ thống. Đặc trưng chung có tính nguyên lý là tất cả các hệ thống truyền tin đều nhằm mục đích chuyển tải thông tin từ điểm này đến điểm khác.Trong các hệ thống truyền số liệu, thường gọi thông tin là dữ liệu hay thông điệp.Thông điệp có nhiều dạng khác nhau, để truyền thông điệp từ một điểm này đến điểm khác cần phải có sự tham gia của 3 thành phần của hệ thống: nguồn tin là nơi phát sinh và chuyển thông điệp lên môi trường truyền, môi trường là phương tiện mang thông điệp tới đích thu. Các phần tử này là yêu cầu tối thiểu trong bất cứ quá trình truyền tin nào. Nếu một trong các thành phần này không tồn tại , truyền tin không thể xảy ra . Một hệ thống truyền tin thông thường được miêu tả trên hình. 9
  10. Các thành phần cơ bản có thể xuất hiện dưới dạng khác nhau tuỳ thuộc vào hệ thống. Khi xây dựng các thành phần của một hệ thống truyền tin, cần phải xác định một số các yếu tố liên quan đến phẩm chất hoạt động của nó. Để truyền tin hiệu quả các chủ để phải hiểu được thông điệp. Nơi thu nhận thông điệp phải có khả năng dịch thông điệp một cách chính xác. Điều này là hiển nhiên bởi vì trong giao tiếp hang ngày nếu chúng ta dùng một từ mà người ta không thể hiểu thì hiệu quả thông tin không đạt yêu cầu .Tương tự, nếu máy tính mong muốn thông tin đến với tốc độ chỉ định và ở một dạng mã nào đó nhưng thông tin lại đến với tốc độ khác và với dạng mã khác thì rõ ràng không thể đạt được hiệu quả truyền. Các đặc trưng toàn cục của một hệ thống truyền được xác định và bị giới hạn bởi các thuộc tính riêng của nguồn tin, của môi trường truyền và đích thu. Nhìn chung, dạng thông tin cần truyền quyết định kiểu nguồn tin, môi trường và đích thu . Trong một hệ thống truyền, hiện tượng nhiễu có thề xảy ra trong tiến trình truyền và thông điệp có thể bị ngắt quãng. Bất kỳ sự xâm nhập không mong muốn nào vào tín hiệu đều bị gọi là nhiễu. Có nhiều nguồn nhiễu và nhiều dạng nhiễu khác nhau. Hiểu biết được các nguyên tắc căn bản về truyền tin sẽ giúp chúng ta dễ dàng tiếp cận một lĩnh vực đặc biệt hấp dẫn đó là thông tin số liệu.Thông tin số liệu liên quan đến một tổ hợp nguồn tin , môi trường và máy thu trong các kiểu mạng truyền số liệu khác nhau. 1.2.2. Mạng truyền số liệu Mạng truyền số liệu bao gồm hai hay nhiều hệ thống truyền (nhận) tin được ghép nối với nhau theo nhiều hình thức như phân cấp hoặc phân chia thành các trung tâm xử lý trao đổi thông tin với các chức năng riêng Mạng truyền số liệu là một hệ thống nhằm nối các máy tính lại với nhau, sự thông tin giữa chúng được thực hiện bởi các giao thức đã được chuẩn hoá, có nghĩa các phần mềm trong các máy tính khác nhau có thể cùng nhau giải quyết một công việc hoặc trao đổi thông tin với nhau. Các ứng dụng tin học ngày càng rộng rãi do đó đã đẩy các hướng ứng dụng mạng xử lý số liệu, mạng đấu nối có thể có cấu trúc tuyến tính cấu trúc vòng cấu trúc hình sao Cấu trúc mạng phải có khả năng tiếp nhận các đặc thù khác nhau của các đơn vị tức là mạng phải có tính đa năng, tính tương thích. Mạng số liệu được thiết kế nhằm mục đích có thể nối nhiều thiết bị đầu cuối với nhau. Để truyền số liệu ta có thể dùng mạng điện thoại hoặc dùng đường truyền riêng có tốc độ cao. Dịch vụ truyền số liệu trên kênh thoại là một trong các dịch vụ đầu tiên của việc truyền số liệu. Trên mạng này có thể có nhiều máy tính cùng chủng loại hoặc khác loại được ghép nối lại với nhau, khi đó cần giải quyết những vấn đề phân chia tài 10
  11. nguyên . Để các máy tính ở các đầu cuối có thể làm việc được với nhau cần phải có cùng một protocol nhất định. Dạng thức của phương tiện truyền số liệu được qui định bởi bản chất tự nhiên của ứng dụng, bởi số lượng máy tính liên quan và khoảng cách vật lý giữa chúng. Các dạng truyền số liệu trên các dạng sau: a. Nếu chỉ có hai máy tính và cả hai đều đặt ở một văn phòng, thì phương tiện truyền số liệu có thể chỉ gồm một liên kết điểm nối đơn giản.Tuy nhiên, nếu chúng toạ lạc ở những vị trí khác nhau trong một thành phố hay một quốc gia thì phải cần đến các phương tiện truyền tải công cộng. Mạng điên thoại công cộng được dùng nhiều nhất, trong trường hợp này sẽ cần đến bộ thích nghi gọi là Modem. Sắp xếp truyền theo dạng này được trình bày trên hình1.2. Hình 1.2. Truyền số liệu nối qua mạng điện thoại công cộng dùng modem b. Khi cần nhiều máy tính trong một ứng dụng, một mạng chuyển mạch sẽ được dùng cho phép tất cả các máy tính có thể liên lạc với nhau vào bất cứ thời điểm nào. Nếu tất cả máy tính đều nằm trong một toà nhà, có thể xây dựng một mạng riêng. Một mạng như vậy được xem như mạng cục bộ LAN (Local Area Network) .Nhiều chuẩn mạng LAN và các thiết bị liên kết đã được tạo ra cho các ứng dụng thực tế . Hai hệ thống mạng Lan cơ bản được trình bày trên hình 1.3. Khi máy tính được đặt ở nhiều nơi cách xa nhau cần liên lạc với nhau, phải dùng đến các phương tiện công cộng .Việc liên kết máy tính này tạo nên một mạng rộng lớn, được gọi là mạng diện rộng WAN (Wide Area Network). Kiểu mạng WAN được dùng phụ thuộc vào tường ứng dụng tự nhiên. 11
  12. Hình 1.3. Các hệ thống LAN cơ bản ( liên kết LAN qua backbone trong một văn phòng ) Ví dụ nếu tất cả các máy tính đều thuộc về một công ty và có yêu cầu truyền một số lượng dữ liệu quan trọng giữa các điểm , thì giải pháp đơn giản nhất cho vắn đề là thuê các đường truyền từ nhà cung cấp phương tiện truyền dẫn và xây dựng hệ thống chuyển mạch riêng tại một đIểm để tạo thành mạng tư nhân. Các giải pháp thuê kênh chỉ hiệu quả đối với các công ty lớn vì có tải hữu ích để cân đối với giá thuê kênh. Trong hầu hết các trường hợp khác đều cần đến các mạng truyền dẫn công cộng. Bên cạnh việc cung cấp dịch vụ điện thoại công cộng, ngày nay hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ truyền dẫn đều cung cấp một dịch vụ chuyển mạch số liệu mang tính công cộng. Thật ra các mạng này tương tự như mạng PSTN là được liên kết quốc tế, chỉ khác ở chỗ được thiết kế chuyên cho truyền số liệu. Như vậy các ứng dụng liên quan đến máy tính được phục vụ bởi mạng số liệu chuyển mạch công cộng PSDN. Ngoài ra còn có thể chuyển đổi các mạng PSTN có sẵn sao cho có thể truyền được số liệu mà không cần dùng modem.Các mạng này hoạt động trong chế độ số (digital) hoàn toàn được gọi là mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN. Trên đây chúng ta giả sử trong tất cả các ứng dụng, các máy tính đều được nối vào cùng một mạng LAN hay WAN. Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng phải dùng phương tiện truyền gồm nhiều mạng kết hợp ví dụ như LAN – WAN – LAN. Ví dụ một máy tính nối vào một LAN cần lien lạc với một máy tính khác thộc về mạng LAN khác, và hai LAN được nối qua PSDN. Dạng truyền số liệu này được gọi là liên mạng hay internet, khi đó địa chỉ hóa là nhu cầu thiết yếu trong mối liên hệ cùng mạng và cả trong mối giao tiếp với các máy tính thuộc mạng khác. 12
  13. Mạng toàn cầu Internet là một tập hợp gồm hàng vạn mạng trên khắp thế giới. Mạng Internet bắt nguồn từ một thử nghiệm của Cục quản lý các dự án nghiên cứu tiên tiến (Advanced Research Projects Agency – ARPA) thuộc Bộ quốc phòng Mỹ đã kết nối thành công các mạng máy tính cho phép các trường đại học và các công ty tư nhân tham gia vào các dự án nghiên cứu Về cơ bản, Internet là một liên mạng máy tính giao tiếp dưới cùng một bộ giao thức TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Giao thức này cho phép mọi máy tính trên mạng giao tiếp với nhau một cách thống nhất giống như một ngôn ngũ quốc tế mà mọi người sử dụng để giao tiếp với nhau hàng ngày. Số lượng máy tính kết nối mạng và số lượng người truy cập vào mạng Internet trên toàn thế giới ngày càng tăng lên nhanh chóng, đặc biệt từ những năm 90 trở đi. Mạng Internet không chỉ cho phép chuyển tải thông tin nhanh chóng mà còn giúp cung cấp thông tin, nó cũng là diễn đàn và là thư viện toàn cầu đầu tiên. Các mạng vừa đề cập được thiết kế chủ yếu để truyền số liệu giữa các máy trạm chỉ hỗ trợ dịch vụ số liệu. Gần đây, các máy trạm được cải tiến hỗ trợ các dịch vụ không liên quan đến số liệu mà còn bao gồm hàng loạt các dạng thông tin khác. Các máy trạm như vậy được cung cấp thêm các trang thiết bị về điện thoại thấy hình, hội nghị qua màn hình và nhiều dịch vụ đa phương tiện khác. Nhằm hỗ trợ nhiều dịch vụ đồng thời, một thế hệ mạng mới đã được phát triển được gọi là các mạng đa dịch vụ băng rộng BMN (broadband multiservice network). Vì sự khác nhau giữa truyền số liệu, truyền thoại cũng như truyền hình ảnh mà đã có nhiều công trình nghiên cứu nhằm tìm ra một giải pháp mạng hỗ trợ đồng thời các dịch vụ này. Một phương thức mới đã được tạm chấp nhận có khả năng truyền và chuyển mạch trong các mạng đa dịch vụ. Tiếp cận mới này được gọi là chế độ truyền bất đồng bộ ATM (Asynchronous transfer mode). Các ATM LAN hiện nay dựa trên chế độ hoạt động này. Một thế hệ ATM WAN mới đã được thiết kế nhằm liên kết các ATM LAN với nhau. Ngoài ra còn có một kiểu mạng mới được gọi là mạng đô thị (MAN – metropolitan area network) được tạo ra để liên kết các ATM LAN, các LAN chỉ dùng cho số liệu phân bố trong nội đô và thành phố. 1.2 Các Yếu Tố Của Mạng Máy Tính 1.2.1. Đường truyền vật lý Đường truyền vật lý dùng để chuyển các tín hiệu điện tử giữa các máy tính. Các tín hiệu điện tử đó biểu thị các giá trị dữ liệu dưới dạng các xung nhị phân (on- off). Chúng hoặc là các sóng điện từ hoặc là tia hồng ngoại. Hiện nay có hai loại đường truyền: hữu tuyến (cable) và vô tuyến (wireless). Đường truyền hữu tuyến gồm có: 13
  14. – Cáp đồng trục (coaxial) – Cáp đôi xoắn (twisted -pair cable), có hai loại bọc kim (shielded) và không bọc kim (nushielded). – Cáp sợi quang (fiber-optic cable). Đường truyền vô tuyến gồm có: – Radio – Sóng cực ngắn (viba) (microware). – Tia hồng ngoại (infrared) 1.2.2. Kiến trúc mạng Kiến trúc mạng máy tính (network architecture) thể hiện cách nối các máy tính với nhau và tập hợp các quy tắc, quy ước mà tất cả các thực thể tham gia truyền thông trên mạng phải tuân theo để đảm bảo cho mạng hoạt động tốt. Cách kết nối các máy tính được gọi là hình trạng hay topo của mạng, còn tập các quy tắc, quy ước truyền thông gọi là các giao thức (protocol) của mạng. Tôpô và giao thức mạng là hai khái niệm rất căn bản của mạng máy tính. a) Tôpô mạng. Có hai kiểu kết nối mạng chủ yếu là điểm - điểm (Point to point) và khuếch tán (Broadcast hay Point to multipoint). ￿ Kiểu điểm - điểm Theo kiểu nối này, các đường truyền nối từng cặp nút với nhau và mỗi nút đều có trách nhiệm lưu trữ tạm thời sau đó khi đường truyền rỗi, nó sẽ chuyển tiếp dữ liệu đi cho tới đích. Do vậy mà mạng loại này còn được gọi là mạng "lưu và chuyển tiếp" (store and forward). Nói chung các mạng diện rộng sử dụng nguyên tắc này. Kiểu khuếch tán - Theo kiểu nối này, tất cả các nút (các máy tính) dùng chung một đường truyền vật lý. Dữ liệu chuyển đi từ một máy nào đó (một nút) có thể được tất cả các máy khác tiếp nhận. Chỉ cần chỉ ra địa chỉ đích của dữ liệu để mỗi nút kiểm tra xem dữ liệu có phải gửi cho mình hay không. - Trong các tôpô dạng xa lộ (bus) và dạng vòng (ring) cần có cơ chế "trọng tài" để giải quyết "xung đột" khi nhiều nút muốn truyền tin cùng một lúc. Việc cấp phát đường truyền có thể là "tĩnh" hoặc là "động". Cấp phát "tĩnh" thường dùng cơ chế quay vòng (round robin) để phân chia đường truyền theo các khoảng thời gian định trước. Còn cấp phát "động" là cấp phát theo yêu cầu để hạn chế thời gian "chết" vô ích của đường truyền. 14
  15. b) Giao thức mạng Việc trao đổi thông tin cho dù đơn giản nhất, đều phải tuân theo những quy tắc nhất định. Hai người nói chuyện muốn cho cuộc nói chuyện kết qủa thì ít nhất cả hai người cũng phải tuân theo nguyên tắc "khi người này nói thì người kia phải nghe và ngược lại". Việc truyền tín hiệu trên mạng cũng vậy, cần phải có những quy tắc, quy ước về nhiều mặt từ khuôn dạng (cú pháp, ngữ nghĩa) của dữ liệu cho tới các thủ tục gửi nhận dữ liệu, kiểm soát hiệu quả và chất lượng truyền tin và xử lý các lỗi và sự cố nếu có. Tập hợp tất cả các quy tắc, quy ước đó được gọi là giao thức của mạng. Rõ ràng là các mạng có thể tùy ý dùng các giao thức khác nhau tùy sự lựa chọn của người thiết kế. 1.3. Phân Loại Mạng Máy Tính 1.3.1. Phương thức kết nối mạng được sử dụng chủ yếu trong liên kết mạng: có hai phương thức chủ yếu, đó là điểm - điểm và điểm - nhiều điểm. − Với phương thức "điểm - điểm", các đường truyền riêng biệt được thiết lập để nối các cặp máy tính lại với nhau. Mỗi máy tính có thể truyền và nhận trực tiếp dữ liệu hoặc có thể làm trung gian như lưu trữ những dữ liệu mà nó nhận được rồi sau đó chuyển tiếp dữ liệu đi cho một máy khác để dữ liệu đó đạt tới đích. − Với phương thức "điểm - nhiều điểm", tất cả các trạm phân chia chung một đường truyền vật lý. Dữ liệu được gửi đi từ một máy tính sẽ có thể được tiếp nhận bởi tất cả các máy tính còn lại, bởi vậy cần chỉ ra điạ chỉ đích của dữ liệu để mỗi máy tính căn cứ vào đó kiểm tra xem dữ liệu có phải dành cho mình không nếu đúng thì nhận còn nếu không thì bỏ qua. 1.3.2. Phân loại mạng máy tính theo vùng địa lý − GAN (Global Area Network) kết nối máy tính từ các châu lục khác nhau. Thông thường kết nối này được thực hiện thông qua mạng viễn thông và vệ tinh. − WAN (Wide Area Network) - Mạng diện rộng, kết nối máy tính trong nội bộ các quốc gia hay giữa các quốc gia trong cùng một châu lục. Thông thường kết nối này được thực hiện thông qua mạng viễn thông. Các WAN có thể được kết nối với nhau thành GAN hay tự nó đã là GAN. − MAN (Metropolitan Area Network) kết nối các máy tính trong phạm vi một thành phố. Kết nối này được thực hiện thông qua các môi trường truyền thông tốc độ cao (50-100 Mbit/s). − LAN (Local Area Network) - Mạng cục bộ, kết nối các máy tính trong một khu vực bán kính hẹp thông thường khoảng vài trǎm mét. Kết nối được thực hiện thông qua các môi trường truyền thông tốc độ cao ví dụ cáp đồng trục thay cáp quang. LAN 15
  16. thường được sử dụng trong nội bộ một cơ quan/tổ chức Các LAN có thể được kết nối với nhau thành WAN. 1.3.3. Phân loại mạng máy tính theo tôpô Dạng hình sao (Star) Ở dạng h.nh sao, tất cả các trạm được nối vào một thiết bị trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các trạm và chuyển tín hiệu đến trạm đích với phương thức kết nối là phương thức "một điểm - một điểm ". Thiết bị trung tâm hoạt động giống như một tổng đài cho phép thực hiện việc nhận và truyền dữ liệu từ trạm này tới các trạm khác. Tùy theo yêu cầu truyền thông trong mạng , thiết bị trung tâm có thể là một bộ chuyển mạch (switch), mộtbộ chọn đường (router) hoặc đơn giản là một bộ phân kênh (Hub). Có nhiều cổng ra và mỗi cổng nối với một máy. Theo chuẩn IEEE 802.3 mô hình dạng Star thường dùng: - 10BASE-T: dùng cáp UTP, tốc độ 10 Mb/s, khoảng cách từ thiết bị trung tâm tới trạm tối đa là 100m. - 100BASE-T tương tự như 10BASE-T nhưng tốc độ cao hơn 100 Mb/s. Ưu và khuyết điểm - Ưu điểm: Với dạng kết nối này có ưu điểm là không đụng độ hay ách tắc trên đường truyền, lắp đặt đơn giản, dễ dàng cấu hình lại (thêm, bớt trạm). Nếu có trục trặc trên một trạm không gây ảnh hưởng đến toàn mạng qua đó dễ dàng kiểm soát và khắc phục sự cố. - Nhược điểm: Độ dài đường truyền nối một trạm với thiết bị trung tâm bị hạn chế (trong vòng 100 m với công nghệ hiện đại) tốn đường dây cáp nhiều, tốc độ truyền dữ liệu không cao. Hiện nay các mạng sử dụng hình dạng hình sao là mạng STARLAN của AT&T và S-NET của Novell. 16
  17. Dạng đường thẳng (Bus) Trong dạng đường thẳng các máy tính đều được nối vào một đường dây truyền chính (bus). Đường truyền chính này được giới hạn hai đầu bởi một loại đầu nối đặc biệt gọi là terminator (dùng để nhận biết là đầu cuối để kết thúc đường truyền tại đây). Mỗi trạm được nối vào bus qua một đầu nối chữ T (T_connector) hoặc một bộ thu phát (transceiver). Khi một trạm truyền dữ liệu, tín hiệu được truyền trên cả hai chiều của đường truyền theo từng gói một, mỗi gói đều phải mang địa chỉ trạm đích. Các trạm khi thấy dữ liệu đi qua nhận lấy, kiểm tra, nếu đúng với địa chỉ của mình thì nó nhận lấy còn nếu không phải thì bỏ qua. Sau đây là vài thông số kỹ thuật của topology bus. Theo chuẩn IEEE 802.3 (cho mạng cục bộ) với cách đặt tên qui ước theo thông số: tốc độ truyền tính hiệu (1,10 hoặc 100Mb/s); BASE (nếu là Baseband) hoặc BROAD (nếu là Broadband). - 10BASE5: Dùng cáp đồng trục đường kính lớn (10mm) với trở kháng 50 Ohm, tốc độ 10 Mb/s, phạm vi tín hiệu 500m/segment, có tối đa 100 trạm, khoảng cách giữa 2 tranceiver tối thiểu 2,5m (Phương án này còn gọi là Thick Ethernet hay Thicknet) - 10BASE2: tương tự như Thicknet nhưng dùng cáp đồng trục nhỏ (RG 58A), có thể chạy với khoảng cách 185m, số trạm tối đa trong 1 segment là 30, khoảng cách giữa hai máy tối thiểu là 0,5m. Dạng kết nối này có ưu điểm là ít tốn dây cáp, tốc độ truyền dữ liệu cao tuy nhiên nếu lưu lượng truyền tăng cao thì dễ gây ách tắc và nếu có trục trặc trên hành lang chính thì Khó phát hiện ra. Hiện nay các mạng sử dụng hình dạng đường thẳng là mạng Ethernet và G-net. Dạng vòng tròn (Ring) 17
  18. Các máy tính được liên kết với nhau thành một vòng tròn theo phương thức "một điểm - một điểm ", qua đó mỗi một trạm có thể nhận và truyền dữ liệu theo vòng một chiều và dữ liệu được truyền theo từng gói một. Mỗi gói dữ liệu đều có mang địa chỉ trạm đích, mỗi trạm khi nhận được một gói dữ liệu nó kiểm tra nếu đúng với địa chỉ của mình thì nó nhận lấy còn nếu không phải thì nó sẽ phát lại cho trạm kế tiếp, cứ như vậy gói dữ liệu đi được đến đích. Với dạng kết nối này có ưu điểm là không tốn nhiều dây cáp, tốc độ truyền dữ liệu cao, không gây ách tắc tuy nhiên các giao thức để truyền dữ liệu phức tạp và nếu có trục trặc trên một trạm thì cũng ảnh hưởng đến toàn mạng. Hiện nay các mạng sử dụng hình dạng vòng tròn là mạng Tocken ring của IBM. 1.3.4. Phân loại mạng theo chức năng − Mạng Client-Server: một hay một số máy tính được thiết lập để cung cấp các dịch vụ như file server, mail server, Web server, Printer server, Các máy tính được thiết lập để cung cấp các dịch vụ được gọi là Server, còn các máy tính truy cập và sử dụng dịch vụ thì được gọi là Client. − Mạng ngang hàng (Peer-to-Peer): các máy tính trong mạng có thể hoạt động vừa như một Client vừa như một Server. − Mạng kết hợp: Các mạng máy tính thường được thiết lập theo cả hai chức năng Client-Server và Peer-to-Peer. 1.3.5. Phân biệt mạng LAN-WAN − Địa phương hoạt động - Mạng LAN sử dụng trong một khu vực địa lý nhỏ. - Mạng WAN cho phép kết nối các máy tính ở các khu vực địa lý khác nhau, trên một phạm vi rộng. − Tốc độ kết nối và tỉ lệ lỗi bit - Mạng LAN có tốc độ kết nối và độ tin cậy cao. - Mạng WAN có tốc độ kết nối không thể quá cao để đảm bảo tỉ lệ lỗi bit có thể chấp nhận được. − Phương thức truyền thông: - Mạng LAN chủ yếu sử dụng công nghệ Ethernet, Token Ring, ATM - Mạng WAN sử dụng nhiều công nghệ như Chuyển mạch vòng (Circuit Switching Network), chuyển mạch gói (Packet Switching Network), ATM (Cell relay), chuyển mạch khung (Frame Relay), 18
  19. 1.4. Một Số Bộ Giao Thức Cơ Bản 1.4.1. Kiến trúc phân tầng Để giảm độ phức tạp của việc thiết kế và cài đặt mạng, hầu hết các máy tính đều được phân tích thiết kế theo quan điểm phân tầng. Mỗi hệ thống thành phần của mạng được xem như một cấu trúc đa tầng, trong đó mỗi tầng được xây dựng trên tầng trước đó. Số lượng các tầng cũng như tên và chức năng của mỗi tầng tùy thuộc vào nhà thiết kế. Trong hầu hết các mạng, mục đích của mỗi tầng là để cung cấp một số dịch vụ nhất định cho tầng cao hơn. Mỗi tầng khi sử dụng không cần quan tâm đến các thao tác chi tiết mà các dịch vụ đó phải thực hiện. Giao thức tầng N Tầng N Tầng N Giao thức tầng i+1 Tầng i+1 Tầng i+1 Giao thức tầng i Tầng i Tầng i Giao thức tầng i-1 Tầng i-1 Tầng i-1 Giao thức tầng 1 Tầng 1 Tầng 1 Đường truyền vật lý Hình: Minh họa kiến trúc phân tầng tổng quát Nguyên tắc của kiến trúc mạng phân tầng: - Mỗi hệ thống trong một mạng đều có cấu trúc tầng như nhau (số lượng tầng chức năng của mỗi tầng). - Dữ liệu không được truyền trực tiếp từ tầng i của hệ thống này sang tầng thứ i của hệ thống kia (ngoại trừ đối với tầng thấp nhất). Bên gửi dữ liệu cùng với các thông tin điều khiển chuyển đến tầng ngay dưới nó và cứ thế cho đến tầng thấp nhất. Bên dưới tầng này là đường truyền vật lý, ở đấy sự truyền tin mới thực sự diễn ra. Đối với bên nhận thì các thông tin được chuyển từ tầng dưới lên trên cho tới tầng i của hệ thống nhận. 19
  20. - Giữa hai hệ thống kết nối chỉ ở tầng thấp nhất mới có liên kết vật lý còn ở tầng cao hơn chỉ là liên kết logic hay liên kết ảo được đưa vào để hình thức hóa các hoạt động của mạng, thuận tiện cho việc thiết kế và cài đặt các phần mềm truyền thông. Các vấn đề cần phải giải quyết khi thiết kế các tầng - Cơ chế nối, tách: mỗi một tầng cần có một cơ chế để thiết lập kết nối, và có một cơ chế để kết thúc kết nối khi mà sự kết nối là không cần thiết nữa. - Các quy tắc truyền dữ liệu: Trong các hệ thống khác nhau dữ liệu có thể truyền theo một số cách khác nhau: + Truyền một hướng (simplex). + Truyền hai hướng đồng thời (full-duplex). + Truyền theo cả hai hướng luân phiên (half-duplex). - Kiểm soát lỗi: Đường truyền vật lý nói chung là không hoàn hỏa, cần phải thảo thuận dùng một loại mã để phát hiện lỗi, kiểm tra lỗi và sửa lỗi. Phía nhận phải có khả năng thông báo cho bên gửi biết các gói tin nào đã thu đúng, gói tin nào phát lại. - Độ dài bản tin: Không phải mọi quá trình đều chấp nhận độ dài gói tin là tùy ý, cần phải có cơ chế để chia bản tin thành các gói tin đủ nhỏ. - Thứ tự các gói tin: Các kênh truyền có thể giữ không đúng thứ tự các gói tin, do đó cần có cơ chế để bên thu ghép đúng thứ tự ban đầu. - Tốc độ phát và thu dữ liệu: Bên phát có tốc độ cao có thể “lụt” bên thu có tốc độ thấp. Cần phải có cơ chế để bên thu báo cho bên phát biết tình trạng đó để điều khiển lưu lượng hợp lý. * Một số khái niệm cơ bản Tầng (layer) Mọi quá trình trao đổi thông tin giữa hai đối tượng đều thực hiện qua nhiều bước, các bước này độc lập tương đối với nhau. Thông tin được trao đổi giữa hai đối tượng A, B qua 3 bước: + Phát tin: Thông tin chuyển từ tầng cao xuống tầng thấp. + Nhận tin: Thông tin chuyển từ tầng thấp lên tầng cao. + Quá trình trao đổi thông tin được trực tiếp qua đường truyền vật lý (thực hiện ở tầng cuối cùng). Giao diện, dịch vụ, đơn vị dữ liệu - Mối quan hệ giữa hai tầng kề nhau gọi là giao diện. - Mối quan hệ giữa hai tầng đồng mức của hai hệ thống khác nhau gọi là giao thức. - Thực thể: là thành phần tích cực trong mỗi tầng, nó có thể là một tiến trình trong hệ đa xử lý hay là một trình con các thực thể trong cùng một tầng ở các hệ thống khác 20
  21. nhau ( gọi là ngang hàng hay thực thể đồng mức). Mỗi thực thể có thể truyền thông lên tầng trên hoặc tầng dưới nó thông qua một giao diện. Giao diện gồm một hoặc nhiều điểm truy nhập dịch vụ. Tại các điểm truy nhập dịch vụ tầng trên chỉ có thể sử dụng dịch vụ do tầng dưới cung cấp. Thực thể được chia làm hai loại: Thực thể cung cấp dịch vụ và sử dụng dịch vụ: + Thực thể cung cấp dịch vụ: là các thực thể ở tầng N cung cấp dịch vụ cho tầng N+1. + Thực thể sử dụng dịch vụ: đó là các thực thể ở tầng N sử dụng dịch vụ do tầng N-1 cung cấp. - Đơn vị dữ liệu sử dụng giao thức(protocol data unit - PDU). - Đơn vị dữ liệu dịch vụ (Service data unit - SDU). - Thông tin điều khiển (protocol control information - PCI). Một đơn vị dữ liệu mà 1 thực thể ở tầng n của hệ thống A gửi sang thực thể ở tầng N ở một hệ thống B không bằng đường truyền trực tiếp mà phải truyền xuống dưới để truyền bằng tầng thấp nhất thông qua đường truyền vật lý. + Dữ liệu ở tầng N-1 nhận được do tầng N truyền xuống gọi là SDU. + Phần thông tin điều khiển của mỗi tầng gọi là PCI. + Ở tầng N-1 phần thông tin điêu khiển PCI thêm vào đầu của SDU tạo thành PDU. Nếu SDU quá dài thì cắt nhỏ thành nhiều đoạn, mỗi đoạn bổ sung phần PCI, tạo thành nhiều PDU. Bên hệ thống nhận trình tự diễn ra theo chiều ngược lại. Qua mỗi tầng PCI tương ứng sẽ được phân tích và cắt bỏ khỏi PDU trước khi gửi lên tầng trên. 1.4.2. Mô hình OSI Mô hình OSI được chia thành 7 tầng như sau: Application Ứng dụng Presentation Trình bày Session Phiên Transport Vận chuyển Network Mạng Data link Liên kết dữ liệu Physical Vật lý Hình 1.6. Mô hình OSI Cách tổ chức các tầng trong mô hình OSI 7 tầng trong mô hình OSI có thể xem xét dưới dạng thuộc 3 nhóm con. 21
  22. Tầng 1,2 và 3 (Tầng vật lý, liên kết dữ liệu và tầng mạng) là các tầng hỗ trợ mạng. Chúng liên quan đến khía cạnh về truyền dữ liệu từ một thiết bị sang thiết bị khác (Ví dụ như là các đặc tả về điện, kết nối vật lý, địa chỉ vật lý, tính tin cậy và thời gian giao vận. Tầng 4, tầng vận chuyển đảm bảo độ tin cậy của việc truyền dẫn dữ liệu đầu cuối- tới đầu cuối trong khi tầng 2 đảm bảo độ tin cậy của việc truyền dữ liệu trên một liên kết đơn. Các tầng 5,6,7 bao gồm tầng phiên, tầng trình diễn và tầng ứng dụng có thể xem là các tầng hỗ trợ người dùng. Chúng cho phép vận hành đan xen giữa các hệ thống phần mềm không liên quan tới nhau. Như vậy mỗi tầng thực hiện một chức năng riêng biệt như một phần công việc để cho phép các chương trình ứng dụng trên các hệ thống khác nhau có thể liên lạc với nhau nếu như chúng hoạt động trên cùng hệ thống. Các tầng phía trên của mô hình OSI hầu như luôn được thực hiện trong phần mềm. Các tầng phía dưới thường là tổ hợp phần mềm và phần cứng, ngoại trừ tầng vật lý luôn là phần cứng. Hình 1.6 cho chúng ta một cái nhìn tổng thể của mô hình OSI, L7 data có nghĩa là đơn vị dữ liệu tại tầng 7, L6 data có nghĩa là đơn vị dữ liệu ở tầng 6 Quá trình bắt đầu diễn ra tại tầng 7 (tầng ứng dụng), sau đó chuyển tiếp từ tầng này xuống tầng kia theo trình tự dần xuống. Tại mỗi tầng (Ngoại trừ tầng 7 và 1), một header được bổ sung vào đơn vị dữ liệu. Tại tầng 2, một trailer cũng được bổ sung. Khi đơn vị dữ liệu được định dạng truyền qua tầng vật lý, nó được chuyển đổi thành các tín hiệu điện từ và được truyền đi trên đường truyền vật lý. Hình 1.7. Truyền dữ liệu giữa 2 thiết bị sử dụng mô hình OSI Ngay khi tín hiệu điện từ được truyền đến đích của nó, nó được truyền vào tầng một và được chuyển đổi trở lại thành các bit. Các đơn vị dữ liệu sau đó chuyển ngược 22
  23. lên các tầng trên của mô hình OSI. Khi mỗi khối dữ liệu chuyển tới tầng cao hơn tiếp theo, các header và trailer mà được đính kèm với đơn vị dữ liệu ở tầng gửi tương ứng được loại bỏ. Tại thời điểm mà dữ liệu lên đến tầng 7, thông điệp một lần nữa được định dạng hợp lý cho ứng dụng và sau đó hiện hữu tới bên nhận. Tóm tắt chức năng của từng tầng  Tầng vật lý Truyền bít, cung cấp các đặc tả về cơ và điện.  Tầng liên kết dữ liệu Tổ chức các bít vào trong các frame (khung dữ liệu) và chịu trách nhiệm truyền tin từ nguồn tới đích.  Tầng mạng Chuyển các gói tin (packets) từ nguồn tới đích và cung cấp ra liên mạng.  Tầng vận chuyển Vận chuyển thông tin đến đích và khôi phục lỗi.  Tầng phiên Thiết lập, duy trì, và kết thúc các phiên làm việc.  Tầng trình bày Biên dịch, mã hóa, nén dữ liệu.  Tầng ứng dụng Cho phép truy cập đến tài nguyên mạng. 1.4.3. Mô hình TCP/IP TCP/IP là bộ giao thức cho phép kết nối các hệ thống mạng không đồng nhất với nhau. Ngày nay, TCP/IP được sử dụng rộng rãi trong các mạng cục bộ cũng như trên mạng Internet toàn cầu. TCP/IP được xem là giản lược của mô hình tham chiếu OSI với bốn tầng như sau: − Tầng liên kết mạng (Network Access Layer) − Tầng Internet (Internet Layer) − Tầng giao vận (Host-to-Host Transport Layer) − Tầng ứng dụng (Application Layer) Application Transport Internet Network access Ứng dụng Vận chuyển 23
  24. Internet Truy cập mạng Hình 1.4 . Mô hình TCP/IP Tầng ứng dụng Tầng trình bày Tầng ứng dụng Tầng phiên Tầng vận chuyển Tầng vận chuyển Tầng mạng Tầng Internet Tầng liên kết dữ liệu Tầng truy cập mạng Tầng vật lý So sánh hai mô hình OSI và TCP/IP Các tầng của mô hình TCP/IP Bộ quốc phòng Mỹ gọi tắt là DoD (Department of Defense) đã tạo ra mô hình TCP/IP vì muốn một mạng có thể tồn tại trong bất cứ điều kiện nào, ngay cả khi có chiến tranh hạt nhân. DoD muốn các gói dữ liệu xuyên suốt mạng vào mọi lúc, dưới bất cứ điều kiện nào, từ bất cứ một điểm đến một điểm khác. Đây là một bài toán thiết kế cực kỳ khó khăn mà từ đó làm nảy sinh ra mô hình TCP/IP, vì vậy đã trở thành chuẩn Internet để phát triển. 1.4.3.1. Tầng ứng dụng (Application layer) Tầng ứng dụng bao gồm các chi tiết của tầng phiên, tầng trình bày, tầng ứng dụng của mô hình OSI. Tầng này điều khiển các hoạt động trình bày, mã hóa, và điều khiển đối thoại và cung cấp các ứng dụng cho người sử dụng để truy cập mạng. Có rất nhiều ứng dụng được cung cấp trong tầng này như: Telnet: Sử dụng trong việc truy cập mạng từ xa, FTP: dịch vụ truyền tệp, email: dịch vụ thư tín điện tử, 1.4.3.2. Tầng vận chuyển (Transport layer) Tầng vận chuyển liên quan đến các chủ đề về chất lượng dịch vụ như độ tin cậy, điều khiển luồng và kiểm soát lỗi. Tầng này có hay giao thức chính là: TCP (transmission control protocol) và UDP (user datagram protocol). Giao thức TCP cung cấp các phương thức linh hoạt và hiệu quả để thực hiện các hoạt động truyền dữ liệu tin cậy, hiệu xuất cao và ít lỗi. Vì TCP sử dụng các cơ chế 24
  25. như chia nhỏ các gói tin của tầng trên thành các gói tin có kích thước thích hợp cho tầng mạng bên dưới, báo nhận gói tin, đặt hạn chế thời gian time-out để đảm bảo bên nhận biết được các gói tin đã được gửi đi. Do tầng này đảm bảo tính tin cậy nên tầng trên sẽ không cần quan tâm đến nữa. Giao thức UDP cung cấp một dịch vụ đơn giản hơn cho tầng ứng dụng. Nó chỉ gửi các gói dữ liệu từ trạm này đến trạm kia mà không đảm bảo các gói tin đến được tới đích. Các cơ chế đảm bảo độ tin cậy cần được thực hiện bởi tầng trên. 1.4.3.3. Tầng Internet (Internet layer) Tầng này chia các segment của TCP thành các gói và gửi chúng từ bất kỳ mạng nào. Mỗi gói đến mạng đích theo những con đường có thể khác với các gói kia. Giao thức đặc biệt kiểm soát tầng này được gọi là giao thức IP. Sự xác định đường dẫn tốt nhất và chuyển mạch để truyền các gói đều là các hoạt động diễn ra tại tầng này. Mối liên hệ mật thiết giữa IP và TCP là một điều rất quan trọng. IP có thể được xem như có chức năng chỉ ra con đường cho các gói, trong khi TCP cung cấp một cơ chế vận chuyển tin cậy. 1.4.3.4. Tầng truy cập mạng (Network access layer) Tầng này liên quan đến tất cả các vấn đề mà một gói IP yêu cầu để tạo một liên kết vật lý thực sự, và sau đó tạo ra một liên kết vật lý khác. Nó bao gồm các chi tiết kỹ thuật LAN và WAN, và tất cả các chi tiết trong tầng liên kết dữ liệu cũng như tầng vật lý của mô hình OSI. Mô hình TCP/IP hướng đến tối đa độ linh hoạt tại tầng ứng dụng cho người phát triển phần mềm. Tầng vận chuyển liên quan đến hai giao thức TCP và UDP. Tầng cuối cùng, tầng truy xuất mạng liên kết đến các kỹ thuật LAN hay WAN đang được dùng. Trong mô hình TCP/IP không cần quan tâm đến ứng dụng nào yêu cầu các dịch vụ mạng IP. Đây là một quyết định thiết kế có cân nhắc kỹ. IP phục vụ như một giao thức đa năng cho phép bất kỳ máy tính nào, ở bất cứ đâu, truyền dữ liệu vào bất cứ thời điểm nào. 25
  26. Một số giao thức của mô hình TCP/IP FTP HTTP SMTP DNS DNS TFTP TCP UDP IP Internet LAN Nhiễu LAN và WAN Hình 1.5. Các giao thức TCP/IP phổ biến + Các giao thức của tầng ứng dụng phổ biến là: FTP, HTTP, SMTP, TFTP, DNS. + Các giao thức của tầng vận chuyển phổ biến: TCP, UDP. + Giao thức chính của tầng Internet là: IP. + Lớp truy cập mạng liên quan đến bất kỳ công nghệ đặc biệt nào được dùng trên một mạng. Bất kỳ các dịch vụ ứng dụng mạng nào được cung cấp và giao thức vận chuyển nào được dùng, chỉ có một giao thức Internet đó là IP. Đây là một quyết định thiết kế có chủ ý. IP phục vụ như một giao thức đa năng cho phép bất kỳ máy tính nào ở bất cứ nơi đâu đều có thể truyền thông vào bất cứ thời điểm nào. 1.5. Xu Hướng Phát Triển Của Mạng Truyền Thông Hiện Đại 1.5.1. Mạng thế hệ mới (NGN) Mạng viễn thông thế hệ mới do tổng công ty bưu chính viễn thông Việt Nam (VNPT) chính thức triển khai và cung cấp một loạt các dịch vụ dựa trên nền mạng viễn thông thế hệ mới. Mạng viễn thông thế hệ mới (NGN) kết hợp giữa ba mạng cơ sở hiện nay là viễn thông, truyền thông, Internet, cho phép các dịch vụ đa dạng với giá thành thấp, nâng cao hiệu suất sử dụng và dễ dàng triển khai những dịch vụ trong tương lai. 1.5.2. Mạng viễn thông thế hệ mới trên nền IP Đang là xu hướng đảm bảo cho sự hội tụ của công nghệ số. 26
  27. Công nghệ trên nền IP chứa nhiều ưu điểm vượt trội, cho phép các lĩnh hội số khác nhau như điện thoại di động, truyền số liệu, phát thanh hay truyền hình có thể tích hợp trên cùng một nền tảng. Công nghệ IP cho phép các nhà cung cấp và khai thác dịch vụ tiết kiệm chi phí đầu tư hạ tầng mạng và truyền thông, khai thác tối đa việc dùng các hạ tầng và nâng cao hiệu quả các dịch vụ số trên nền IP. Với tính năng ưu việt đó mạng thế hệ mới trên nền IP thực sự đang được các nhà cung cấp dịch vụ cũng như các nhà sản xuất quan tâm. Tuy nhiên, với đặc điểm công nghệ mới, nên ngay cả các quốc gia trên thế giới thì mạng này vẫn chưa được triển khai rộng rãi. Ở Việt Nam, một số doanh nghiệp viễn thông cũng đang có kế hoặch nghiên cứu và thử nghiệm. 1.5.3. Mạng 3G Ngày nay, với những lợi thế của truy cập di động băng rộng trên nền 3G, hỗ trợ cho sự phát triển của ngành công nghiệp ICT, thúc đẩy sự phát triển của các dịch vụ băng rộng trên điện thoại di động nên hiện nay nó đang được triển khai rộng rãi ở Việt Nam. 3G là giai đoạn mới nhất trong sự tiến hóa của viễn thông di động. 1G của điện thoại di động là những thiết bị analog, chỉ có khả năng truyền thoại. 2G của ĐTDĐ gồm cả hai công năng truyền thoại và dữ liệu giới hạn dựa trên kỹ thuật số. Phần lớn ĐTDĐ ngày nay đều có tiêu chuẩn 2G và sử dụng chuẩn GSM - hệ thống di động kỹ thuật số được sử dụng rộng rãi nhất. Liên minh Viễn thông Quốc tế bắt đầu phát triển các tiêu chuẩn kỹ thuật cho hệ thống di động 3G vào giữa thập niên 90. 3G được thiết kế để cung cấp băng tần cao hơn, hỗ trợ cho cả hai dịch vụ thoại và dữ liệu multimedia, như audio và video. Tốc độ tải về của thiết bị 3G là 128 Kbps (khi sử dụng trong ôtô), 384 Kbps (khi thiết bị đứng yên hoặc chuyển động với tốc độ đi bộ) và 2 Mbps từ các vị trí cố định. 3G cung cấp các dịch vụ như sau: + Truy cập internet với tốc độ cao. + Đàm thoại thấy hình. + Xem trực tiếp hình ảnh của các nút giao thông. + xem trực tiếp các kênh truyền hình. Như vậy, 3G giúp chúng ta thực hiện truyền thông thoại và dữ liệu (như e-mail và tin nhắn dạng văn bản), download âm thanh và hình ảnh với băng tần cao. Các ứng dụng 3G thông dụng gồm hội nghị video di động; chụp và gửi ảnh kỹ thuật số nhờ điện thoại máy ảnh; gửi và nhận e-mail và file đính kèm dung lượng lớn; tải tệp tin 27
  28. video và MP3; và nhắn tin dạng chữ với chất lượng cao. Các thiết bị hỗ trợ 3G cho phép chúng ta download và xem phim từ các chương trình TV, kiểm tra tài khoản ngân hàng, thanh toán hóa đơn điện thoại qua mạng và gửi bưu thiếp kỹ thuật số. Các từ về 3G và định nghĩa CDMA: Công nghệ di động kỹ thuật số sử dụng các kỹ thuật trải băng tần. Các kỹ thuật này sử dụng hết băng tần có được dành cho mỗi kênh, thay vì phân bổ một tần số đặc thù cho từng người sử dụng. EDGE: Phiên bản nâng cấp của dịch vụ vô tuyến GSM, có khả năng phân phối dữ liệu với tốc độ 384 Kbps trên các mạng băng thông rộng. GPRS: Tiêu chuẩn truyền thông vô tuyến có khả năng truyền dữ liệu với tốc độ 115 Kbps, và dùng để gửi và nhận các gói dữ liệu nhỏ, như e-mail và download rất hiệu quả. GSM: Tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi dành cho các hệ thống ĐTDĐ kỹ thuật số, sử dụng TDMA băng hẹp để thực hiện 8 cuộc gọi cùng một lúc trên cùng một tần số. MMS (Dịch vụ nhắn tin multimedia): Phương pháp gửi tập tin âm thanh và hình ảnh cùng các tin nhắn dạng văn bản ngắn trên mạng vô tuyến sử dụng giao thức WAP. TDMA: Dịch vụ vô tuyến kỹ thuật số sử dụng việc dồn kênh phân chia theo thời gian (Time Division Multiplexing) để chia tần số vô tuyến thành những khe thời gian (time slot) và phân bổ các khe đến nhiều cuộc gọi, cho phép tần số đơn hỗ trợ nhiều cuộc gọi cùng một lúc. WCDMA (CDMA băng rộng): Công nghệ vô tuyến di động 3G tốc độ cao có thể hỗ trợ với tốc độ 2 Mbps để truyền thoại, video và dữ liệu. WiFi (Wireless Fidelity): Từ chung chỉ các mạng vô tuyến nội vùng (còn gọi là WLAN), có khả năng truyền dữ liệu với tốc độ lên đến 1 Mbps. 1.5.4. Công nghệ truyền thoại qua internet (VoIP) VoIP (Voice over Internet Protocol) nghĩa là truyền giọng nói trên giao thức IP, là công nghệ truyền thông tiếng nói của con người qua mạng thông tin sử dụng bộ giao thức TCP/IP. Nó sử dụng các gói dữ liệu IP với thông tin được truyền tải là mã hóa của âm thanh. Công nghệ này bản chất là dựa trên chuyển mạch gói, nhằm thay thế công nghệ truyền thoại cũ dùng chuyển mạch kênh. Nó nén nhiều kênh thoại trên một đường truyền tín hiệu, và những tín hiệu này được truyền qua mạng Internet vì thế nó giá thành giảm. 28
  29. Để thực hiện việc này thì phải sử dụng điện thoại IP kết nối tới một tổng đài IP của nhà cung cấp dịch vụ. Điện thoại IP là điện thoại thông thường nhưng nó nối vào mạng LAN qua cáp Ethernet, với cổng giao tiếp RJ45 hoặc phần mềm thoại cài trên máy tính. 1.6. Giới Thiệu Một Số Phần Mềm Mô Phỏng Mạng 1.6.1. Bonson netsim - Là phần mềm giả lập các thiết bị dùng cho việc học quản trị mạng và liên quan đến mạng. - Giúp người sử dụng trong việc học cấu trúc lệnh của cisco. - Bonson netsim cho phép các gói dữ liệu ảo được định tuyến, chuyển mạch thông qua mạng lưới mô phỏng. - Bonson netsim có thể xây dựng một bảng định tuyến ảo và mô phỏng đúng như thật. 1.6.2. Packet tracer - Là phần mềm của cisco giúp chúng ta thiết kế một hệ thống mạng ảo với mọi tình huống giống như thật. - Packet tracer có thể tự tạo ra một mạng ảo với đầy đủ các thiết bị truyền thông và máy chủ, bạn có thể cấu hình router, switch, wireless access point, server và các thiết bị đầu cuối. - Packet tracer được dùng nhiều trong hầu hết các chương trình giảng dạy và ôn luyện tại các trường hay các trung tâm. - Packet tracer có giao diện rất trực quan với hình ảnh giống như router thật, có thể nhìn thấy các cổng của các thiết bị. Bạn có thể thay đổi các thiết bị của chúng bằng cách kéo – thả, chọn loại cáp bạn cần kết nối, bạn có thể nhìn thấy các gói tin đi từ các thiết bị của bạn như thế nào. 1.6.3. GNS3 (Graphical network simulator v3.0) - GNS3 là một trình giả lập mạng có giao diện đồ họa cho phép bạn dễ dàng thiết kế các mô hình mạng và sau đó chạy giả lập trên chúng. - Tại thời điểm tại GNS3 hỗ trợ các IOS của router, ATM / Frame Relay / Ethernet switch và hub. Bạn có thể mở rộng mạng bằng cách kết nối nó vào mạng ảo này. - GNS3 dựa trên một trình mô phỏng router cisco và một giao tiếp dựa trên nền văn bản, sử dụng các công nghệ mới đã cung cấp các biểu tượng chất lượng cao cho việc thiết kế mô hình mạng. 1.7. Chuẩn hóa mạng 29
  30. Trong phần trên chúng ta đã xem một mô hình truyền thông đơn giản, trong thực tế việc phân chia các tầng như trong mô hình trên thực sự chưa đủ. Trên thế giới hiện có một số cơ quan định chuẩn, họ đưa ra hàng loạt chuẩn về mạng tuy các chuẩn tính chất khuyến nghị chứ không bắt buộc nhưng chúng rất được các cơ quan chuẩn quốc gia coi trọng. Hai trong số các cơ quan chuẩn quốc tế là: - IOS (The International Standarts Organization) – Là tổ chức tiêu chuẩn quốc tế hoạt động dưới sự bảo trợ của Liên hợp quốc với thành viên là các cơ quan chuẩn quốc gia với số lượng khoảng hơn 100 thành viên với mục đích hỗ trợ sự phát triển các chuẩn trên phạm vi toàn thế giới. Một trong những thành tựu của IOS trong lĩnh vực truyền thông là mô hình hệ thống mở (Open Systems Interconnection – gọi tắt là OSI). - CCITT (Commité Consulatif International pour le Telegraphe et la Téléphone) – Tổ chức tư vấn quốc tế về điện tín và điện thoại làm việc dưới sự bảo trợ của Liên hiệp quốc có trụ sở chính tại Geneva – Thụy sỹ. Các thành viên chủ yếu là các cơ quan bưu chính viễn thông các quốc gia. Tổ chức này có vai trò phát triển các khuyển nghị trong các lĩnh vực viễn thông. 30
  31. CHƯƠNG 2, MÔ HÌNH HỆ THỐNG MỞ OSI Giới thiệu về mô hình OSI Hình 2.1. mô hình OSI Mô hình OSI (Open system interconnection – Mô hình kết nối các hệ thống mở) là một cơ sở dành cho việc chuẩn hoá các hệ thống truyền thông, nó được nghiên cứu và xây dựng bởi ISO. Việc nghiên cứu về mô hình OSI được bắt đầu tại ISO vào năm 1971 với mục tiêu nhằm tới việc nối kết các sản phẩm của các hãng sản xuất khác nhau và phối hợp các hoạt động chuẩn hoá trong các lĩnh vực viễn thông và hệ thống thông tin. Đến năm 1984, mô hình tham chiếu OSI chính thức được đưa ra giới thiệu. Trước hết cần chú ý rằng mô hình 7 lớp OSI chỉ là mô hình tham chiếu chứ không phải là một mạng cụ thể nào.Các nhà thiết kế mạng sẽ nhìn vào đó để biết công việc thiết kế của mình đang nằm ở đâu. Xuất phát từ ý tưởng “chia để trị’, khi một công việc phức tạp được module hóa thành các phần nhỏ hơn thì sẽ tiện lợi cho việc thực hiện và sửa sai, mô hình OSI chia chương trình truyền thông ra thành 7 tầng với những chức năng phân biệt cho từng tầng 31
  32. Mối quan hệ giữa các tầng trong mô hình OSI Mỗi một lớp được thiết lập theo cách mà dường như nó chỉ giao tiếp thông tin với lớp cùng mới với nó ở máy khác. Điều này gọi là thông tin logic theo phân lớp cùng cấp. Hình 2.2. Quá trình truyền dữ liệu qua mô hình OSI Thực tế sự giao tiếp thông tin xảy ra ở giữa các lớp liền kề nhau trong một máy tính, chỉ có lớp thấp nhất trong mô hình mạng là có thể chuyển thông tin của nó trực tiếp đến lớp cùng mới với nó ở máy tính khác. Dữ liệu từ máy gửi sẽ đi qua tất cả các lớp thấp hơn, rồi truyền qua cáp mạng tới máy nhận, chuyển lên các lớp cao hơn đến khi tới được lớp cùng mức với bên gửi. Quá trình chuyển dữ liệu qua các tầng của mô hình OSI Khi dữ liệu chuyển qua các tầng, mỗi tầng sẽ gắn thêm các thông tin riêng của tầng đó vào khối dữ liệu. Các thông tin này có thể là phần đầu (header) hay gồm cả phần cuối (trailer) mà mỗi tầng cần để thực hiện chức năng của nó. Kế tiếp khi dữ liệu di chuyển xuyên qua các tầng của mô hình OSI, các header và trailer khác được thêm vào. Sau khi tầng 7,6,5 đã thêm thông tin của chúng, thì tầng 4 bổ sung thông tin và được gọi là segments. Lớp mạng cung cấp một dịch vụ cho lớp vận chuyển và lớp vận chuyển biểu diễn dữ liệu cho hệ thống con liên mạng. Lớp mạng có nhiệm vụ di chuyển dữ liệu xuyên qua liên mạng. Nó hoàn thành nhiệm vụ này bằng cách đóng gói dữ liệu và đính một header để tạo ra một packet. Header chứa thông tin được yêu cầu để hoàn tất việc truyền, chẳng hạn như địa chỉ của nguồn và đích. 32
  33. Lớp liên kết dữ liệu cung cấp một dịch vụ cho lớp mạng. Nó gói thông tin lớp mạng trong một frame. Header của frame chứa thông tin (ví dụ như địa chỉ vật lý) được yêu cầu để hoàn tất các chức năng liên kết dữ liệu. Lớp liên kết dữ liệu cung cấp một dịch vụ cho lớp mạng bằng cách gói thông tin lớp mạng trong một frame. Lớp vật lý cũng cung cấp một dịch vụ cho lớp liên kết dữ liệu. Lớp vật lý mã hóa frame liên kết dữ liệu thành các mẫu bao gồm các bit 1 và 0 để truyền lên môi trường tại lớp 1. Ứng dụng Ứng dụng Trình bày Trình bày Phiên Phiên Vận chuyển Vận chuyển Mạng Mạng Liên kết dữ liệu Liên kết dữ liệu Vật lý Vật lý Chức năng của các tầng trong mô hình OSI Trong phần này, chúng tôi mô tả một cách ngắn gọn các chức năng của từng tầng trong mô hình OSI. 2.1. Tầng vật lý (physical layer) Tầng vật lý bao gồm các chức năng cần thiết để truyền dẫn một dòng bit qua một phương tiện vật lý. Nó liên quan đến các đặc tả về cơ và điện của thiết bị và phương tiện truyền dẫn. Nó cũng xác định các thủ tục và hàm mà các thiết bị và phương tiện truyền dẫn phải thực hiện khi quá trình truyền dẫn xảy ra. Hình 2.3. tầng vật lý 33
  34. Các chức năng chính của tầng vật lý: Các đặc điểm vật lý của các thiết bị và phương tiện truyền dẫn. Tầng vật lý xác định các đặc điểm của giao diện giữa các thiết bị và phương tiện truyền dẫn. Nó cũng xác định kiểu của phương tiện truyền dẫn. Mô tả của các bít. Dữ liệu của tầng vật lý bao gồm một dòng các bít (một dãy các số 0 và 1). Để có thể được truyền dẫn, các bít phải được mã hóa thành các tín hiệu điện hoặc quang. Tầng vật lý xác định kiểu mã hóa ( cách các số 0 và 1 được chuyển đổi thành tín hiệu). Tốc độ truyền dữ liệu. Tốc độ truyền dẫn – số các bit được gửi đi mỗi giây- cũng được xác định bởi tầng vật lý. Hay nói cách khác, tầng vật lý xác định khoảng thời gian của một bit xem chuyển bít đó diễn ra bao lâu. Sự đồng bộ của các bit. Bên gửi và bên nhận phải được đồng bộ hóa ở mức bit. Hay nói cách khác, đồng hồ của bên nhận vào bên gửi phải được đồng bộ. Cấu hình đường dẫn. Tầng vật lý có liên quan đến kết nối của các thiết bị tới phương tiện truyền dẫn. Một cấu hình điểm-tới-điểm, 2 thiết bị được nói với nhau thông qua một đường liên kết chuyên dụng. Trong một cấu hình đa điểm, một đường liên kết được chia sẻ giữa nhiều thiết bị. Hình trạng vật lý. Hình trạng vật lý định cách các thiết bị được kết nối với nhau để hình thành lên một mạng. Các thiết bị có thể được kết nối bằng việc sử dụng một hình trạng dạng lưới – mesh topology (Mọi thiết bị được kết nối với mọi thiết bị khác). Một hình trạng dạng vòng (mọi thiết bị kết nối với thiết bị tiếp theo, hình thành một vòng tròn), hoặc hình trạng dạng sao –star topology (Tất cả các thiết bị được kết nối thông qua một thiết bị trung tâm), hoặc hình trạng dạng bus – bus topology (tất cả mọi thiết bị kết nối trên một đường liên kết chung). Chế độ truyền dẫn (transmission mode). Tầng vật lý cũng xác định hướng truyền dẫn giữa 2 thiết bị: đơn công – simplex, bán song công half-duplex và song công toàn phần – full duplex. Trong chế độ truyền đơn công, chỉ một thiết bị có thể gửi; thiết bị khác chỉ có thể nhận. Chế độ truyền đơn công là một phương thức truyền thông một chiều. Trong chế độ truyền bán song công, 2 thiết bị có thể gửi và nhận nhưng không đồng thời. Trong chế độ truyền song công toàn phần, hai thiết bị có thể gửi và nhận một cách đồng thời. 2.2. Tầng liên kết dữ liệu (Data link layer) Tầng liên kết dữ liệu biến đổi dữ liệu từ tầng vật lý ở dạng truyền dẫn còn thô sang một liên kết tin cậy và chịu trách nhiệm truyền tin từ nguồn tới đích. Nó làm cho tầng vật lý xuất hiện dưới dạng đầu vào cho tầng phía trên (tầng mạng). 34
  35. Hình 2.4. Tầng liên kết dữ liệu Các chức năng đảm nhiệm chính của tầng liên kết dữ liệu bao gồm: Đóng gói dữ liệu thành các frame. Tầng liên kết dữ liệu chia dòng các bit nhận được từ tầng mạng thành các đơn vị dữ liệu để có thể quản lý được và các đơn vị dữ liệu này được gọi là các khung dữ liệu –frame. Xác định địa chỉ vật lý. Nếu các frame được phân phối tới các hệ thống khác nhau trên mạng, tầng liên kết dữ liệu bổ sung một header vào frame nhằm mục đích xác định địa chỉ vật lý của bên gửi (địa chỉ nguồn) và/hoặc bên nhận (địa chỉ đích) của frame. Nếu frame cần được gửi cho một hệ thống bên ngoài mạng của bên gửi thì địa chỉ bên nhận là địa chỉ của thiết bị mà kết nối một mạng tới mạng tiếp theo. Kiểm soát luồng – Flow control. Nếu tốc độ truyền dẫn tại đó dữ liệu được nhận được bởi bên nhận là kém hơn tốc độ được tạo ra ở bên gửi thì tầng liên kết dữ liệu áp đặt một cơ chế kiểm soát luồng để tránh ùn nghẽn bên nhận. Kiểm soát lỗi – error control. Tầng liên kết dữ liệu bổ sung thêm độ tin cậy cho tầng vật lý bằng cách bổ sung các cơ chế dò nhận và truyền dẫn lại các frame bị hư hại hoặc bị mất. Nó cũng sử dụng một cơ chế để tránh sự trùng lặp các frame. Kiểm soát lỗi thường đạt được thông qua phần trailer được bổ sung ở cuối mỗi frame. Kiểm soát truy nhập. Khi 2 hay nhiều thiết bị được kết nối tới cùng một đường liên kết, các giao thức của tầng liên kết dữ liệu là cần thiết để xác định thiết bị nào có quyền kiểm soát đường liên kết tại một thời điểm cho trước. Ví dụ 2.2 Hình 2.5. tầng liên kết dữ liệu (ví dụ 2.2) 35
  36. Trong hình 2.5, một nút với địa chỉ vật lý là 10 gửi một frame tới một nút có địa chỉ vật lý là 87. Hai nút được kết nối bởi một đường liên kết. Tại mức liên kết dữ liệu, frame này chứa các địa chỉ vật lý (liên kết) trong phần header. Những frame này là những địa chỉ duy nhất. Phần còn lại của header chứa các thông tin khác cần thiết tại mức này. Trailer thường chứa các bít bổ sung cần thiết cho việc dò tìm lỗi. 2.3. Tầng mạng – Network Layer Tầng mạng chịu trách nhiệm vận chuyển nguồn-sang-đích của một gói tin có thể thông qua nhiều mạng khác nhau (các đường liên kết). Trong khi đó tầng liên kết dữ liệu giám sát vận chuyển các gói tin giữa hai hệ thống trên cùng mạng (các liên kết), tầng mạng đảm bảo rằng mỗi gói tin có thể được truyền đi từ điểm gốc tới điểm đích cuối cùng của nó. Hình 2.6. Tầng mạng Nếu 2 hệ thống được kết nối trên cùng một đường liên kết, thường không cần tầng mạng. Tuy nhiên, nếu 2 hệ thống được kết nối vào các mạng khác nhau (các đường liên kết khác nhau) bằng các thiết bị kết nối giữa hai mạng (các đường liên kết), lúc đó tầng mạng sẽ là cần thiết để có thể hoàn thành vận chuyển nguồn-sang-đích. Hình 2.6 thể hiện mối quan hệ giữa tầng mạng và tầng liên kết dữ liệu và tầng giao vận. Các chức năng cụ thể của tầng mạng bao gồm: Xác định địa chỉ logic- Logical addressing. Địa chỉ vật lý được thực hiện tầng liên kết dữ liệu nhằm xử lý vấn đề địa chỉ một cách cục bộ. Nếu một gói tin truyền qua biên giới hạn của mạng, chúng ta cần hệ thống định địa chỉ khác để giúp phân biệt hệ thống nguồn và hệ thống đích. Tầng mạng bổ sung một header vào một gói tin đến từ tầng cao hơn nó, và các tầng khác lân cận, bao gồm các địa chỉ logic của bên gửi và bên nhận. Định tuyến – Routing. Khi các mạng hoặc các đường liên kết độc lập được kết nối với nhau sẽ tạo thành một liên mạng (internetwork) hay mạng của các mạng hoặc một mạng lớn, các thiết bị kết nối (được gọi là các router và gateway) xác 36
  37. định đường đi của các gói tin tới đích cuối cùng của chúng. Một trong những chức năng của tầng mạng cung cấp cơ chế này. Ví dụ 2.3 Bây giờ các bạn hình dung ở hình 2.7 chúng ta gửi dữ liệu từ một node bằng địa chỉ mạng A và địa chỉ vật lý 10, được đặt trong một mạng cục bộ - LAN, tới một nút với địa chỉ mạng P và địa chỉ vật lý 95, được đặt ở một mạng LAN khác. Bởi vì hai thiết bị này được đặt ở hai mạng khác nhau, chúng ta không thể chỉ sử dụng địa chỉ vật lý vì địa chỉ vật lý chỉ hiện hữu trong nội bộ mạng LAN đó. Những gì chúng ta cần ở đây là các địa chỉ phổ quát có thể cho phép truyền các gói tin qua các biên giới hạn của các mạng LAN. Các địa chỉ mạng (địa chỉ logic) có những đặc điểm này. Gói tin ở tầng mạng chứa các địa chỉ logic, mà các địa chỉ này còn lưu lại y nguyên từ nguồn nguyên bản đến đích cuối cùng. Các địa chỉ này sẽ không thay đổi khi gói tin đi từ mạng này sang mạng kia. Tuy nhiên các địa chỉ vật lý sẽ thay đối khi gói tin được chuyển từ một mạng tới mạng khác. Khối trong hình vẽ với ký hiệu R là một thiết bị định tuyến – router (thiết bị liên mạng). Hình 2.7. Tầng mạng (ví dụ 2.3) 37
  38. 2.4. Tầng giao vận – Transport layer (Tầng vận chuyển) Tầng giao vận chịu trách nhiệm công việc vận chuyển nguồn-tới-đích (đầu cuối – tới –đầu cuối) của toàn bộ thông điệp). Trong khi đó tầng mạng thực hiện giáp sát công việc vận chuyển đầu cuối-tới-đầu cuối của từng gói tin riêng biệt, nó không nhận diện bất kỳ mối quan hệ nào giữa các gói tin đó. Nó xem mỗi gói tin là độc lập nhau, khi đó mỗi gói tin thuộc hoặc không thuộc vào một thông điệp riêng biệt. Mặt khác, tầng giao vận đảm bảo rằng toàn bộ thông điệp đến còn nguyên vẹn và theo đúng thứ tự, giám sát cả phần kiểm soát lỗi và kiểm soát luồng ở mức nguốn-tới-đích. Hình 2.8 thể hiện mối quan hệ giữa tầng giao vận với tầng mạng và tầng phiên. Để bổ sung tích bảo mật, tầng giao vận có thể tạo ra một kết nối giữa hai cổng cuối. Một kết nối là một đường dẫn logic đơn giữa nguồn và đích mà liên quan đến tất cả các gói tin trong một thông điệp. Việc tạo ra một kết nối tiến hành theo 3 bước như sau: Thiết lập kết nối, truyền dữ liệu, và giải phóng kết nối. Bằng cách áp công việc truyền dẫn của tất cả các gói tin vào một đơn đường dẫn, tầng giao vận có thêm quyền kiểm soát theo trình tự từ kiểm soát luồng, dò tìm lỗi cũng như sửa lỗi. Các chức năng cụ thể của tầng giao vận bao gồm: Xác định địa chỉ cổng (Địa chỉ dịch vụ-điểm (Service-point addressing)). Các máy tính thường chạy nhiều chương trình đồng thời. Vì lý do đó, công việc vận chuyển nguồn-tới-đích không có nghĩa là chỉ chuyển từ một máy tính sang máy tính tiếp theo mà còn từ một tiến trình cụ thể (chương trình đang chạy) trên một máy tính tới một tiến trình cụ thể (chương trình đang chạy) trên máy tính khác. Do đó, phần header của tầng giao vận phải bao gồm một kiểu của địa chỉ được gọi là địa chỉ dịch vụ-điểm (hay địa chỉ cổng). Tầng mạng đẩy từng gói tin tới đúng máy tính cần đẩy; Tầng giao vận đẩy toàn bộ thông điệp tới đúng tiến trình trên máy tính đó. Hình 2.8. Tầng giao vận Phân đoạn và lắp ghép (Segmentation and Ressembly). Một thông điệp được chia thành nhiều phần đoạn khả truyền, mồi phân đoạn chứa chuỗi số. Các số này cho phép tầng giao vận có thể ghép lại để hình thành thông điệp một cách đúng đắn ngay khi 38
  39. thông điệp đến đích và để xác định và thay thế các gói tin bị mất trong quá trình truyền dẫn. Kiểm soát kết nối (Connection control). Tầng giao vận có thể là không kết nối (connectionless) hoặc hướng kết nối (connection-oriented). Một tầng giao vận không kết nối xem mỗi đoạn như là một gói tin độc lập và chuyển gói tin này tới tầng giao vận tại máy đích. Một tầng giao vận hướng kết nối tạo ra một kết nối với tầng giao vận của máy đích đầu tiên trước khi chuyển gói tin. Tất cả dữ liệu được truyền đi, sau đó kết nối được ngắt. Kiểm soát luồng – Flow control. Giống như tầng liên kết dữ liệu, tầng giao vận chịu trách nhiệm kiểm soát lỗi. Tuy nhiên, kiểm soát lỗi ở tầng này được thực hiện theo kiểu đầu cuối – tới –đầu cuối hơn là qua một liên kết đơn. Tầng giao vận bên gửi đảm bảo rằng toàn bộ thông điệp đến tầng giao vận bên nhận không có lỗi gì (hư hại, mất mát, hoặc trùng lặp). Việc sửa lỗi thường đạt được thông qua việc truyền lại. Ví dụ 2.4 Hình 2.9 trình bày ví dụ của tầng giao vận. Dữ liệu đến từ các tầng phía trên có các địa chi dịch vụ-điểm (cổng) j và k (j là địa chỉ của ứng dụng bên gửi và k là địa chi của ứng dụng bên nhận). Khi kích cỡ dữ liệu lớn hơn kích cỡ mà tầng mạng có thể xử lý, dữ liệu sẽ được chia thành 2 gói tin, mỗi gói tin chứa các địa chỉ dịch vụ-điểm (j và k). Sau đó, trong tầng mạng, cá địa chỉ mạng (A và P) được bổ sung vào từng gói tin. Gói tin có thể được di chuyển theo nhiều đường khác nhau và đến đích với bất kỳ thứ tự nào. Hai gói tin được chuyển tới tầng mạng đích, tầng mạng đích này chịu trách nhiệm loại bỏ phần header của tầng mạng. Hai gói tin giờ tiếp tục được truyền lên tầng giao vận, ở đây chúng được tổ hợp lại để có thể chuyển tiếp lên các tầng phía trên. 39
  40. Hình 2.9 Tầng giao vận (ví dụ 3.3) 2.5. Tầng phiên – Session layer Các dịch vụ được cung cấp bởi 3 tầng đầu tiên (tầng vật lý, liên kết dữ liệu và mạng) là không đủ cho một số quá trình. Nó thiết lập, duy trì và đồng bộ hóa các tương tác giữa các hệ thống đang kết nối. Những chức năng cụ thể của tầng phiên bao gồm: Kiểm soát đàm thoại – dialog control. Tầng phiên cho phép hai hệ thống đi vào cùng một dialog. Nó cho phép kết nối giữa hai quá trình được hoạt động ở chế độ bán song công hoặc song công toàn phần. Ví dụ, dialog giữa một đầu cuối được kết nối tới một máy mainframe có thể là bán song công. Đồng bộ hóa – Synchronization. Tầng phiên cho phép một quá trình có thể bổ sung các điểm kiểm tra (điểm đồng bộ hóa) vào trong một dòng dữ liệu. Ví dụ, nếu một hệ thống đang gửi file có kích cỡ là 2000 trang, người ta bổ sung các điểm kiểm tra 100 trang một lần để đảm bảo rằng mỗi đơn vị 100 trang được nhận và thông báo nhận một cách độc lập.Trong trường hợp này, nếu xảy ra sự cố mất mát dữ liệu trong quá trình truyền trang 523, quá trình truyền lại bắt đầu ở trang 501: các trang 1 tới trang 500 không cần phải truyền lại. 2.6. Tầng trình diễn – Presentation Layer (Tầng trình bày) Tầng trình diễn có liên quan đến cú pháp và ngữ nghĩa của thông tin được trao đổi giữa hai hệ thống. Hình 2.10 thể hiện mối quan hệ giữa tầng trình diễn với tầng ứng dụng và tầng phiên. 40
  41. Hình 2.10. Tầng trình diễn Những chức năng cụ thể của tầng trình diễn bao gồm: Biên dịch - Translation. Các quá trình (các chương trình đang chạy) trong hai hệ thống thường trao đổi thông tin dưới dạng các chuỗi ký tự, số Thông tin sẽ được thay đổi thành các dòng bit trước khi được truyền đi. Bởi vì các máy tính là khác nhau sử dụng các hệ thống mã hóa khác nhau, tầng trình diễn chịu trách nhiệm về tính liên kết hoạt động giữa các phép mã hóa khác nhau. Tầng trình diễn bên gửi thay đổi thông tin từ chính định dạng riêng bên gửi thành một định dạng chung. Tầng trình diễn bên nhận thay đổi thông tin được định dạng chung thành định dạng riêng bên nhận. Mã hóa - Encryption. Để có thể kiểm soát được thông tin nhạy cảm, một hệ thống phải có thể đảm bảo tính riêng tư.Mật hóa có nghĩa là bên gửi biến đổi thông tin nguyên bản thành dạng khác và gửi thông điệp kết quả ra ngoài mạng. Giải mã – decryption làm ngược lại với quá trình trước thực hiện biến đổi thông điệp trở lại dạng nguyên bản của nó. Nén – Compression. Nén dữ liệu làm giảm số các bít cần phải truyền đi. Nén dữ liệu trong thực thế trở nên quan trọng trong quá trình truyền dẫn đa phương tiện như văn bản, âm thành và hỉnh ảnh. 2.7. Tầng ứng dụng Tầng ứng dụng cho phép người dùng, là người hoặc phần mềm có thể truy nhập mạng. Nó cung cấp các giao diện người dùng và hỗ trợ các dịch vụ như là thư điện tử, truy cập và truyền file từ xa, quản lý cơ sở dữ liệu được chia sẻ và các kiểu dịch vụ thông tin phân tán khác. Hình 2.11 thể hiện mối quan hệ giữa tầng ứng dụng đối với người dùng và tầng trình diễn. Thực tế có nhiều dịch vụ ứng dụng, ở hình dưới đây chỉ thể hiện 3 ứng dụng cụ thể đó là X.400 (Các dịch vụ xử lý thông điệp); X500 (Các dịch vụ thư mục); và dịch vụ quản lý, truy cập và truyền file (FTAM). Người dùng trong ví dụ này sử 41
  42. dụng X.400 để gửi một bức thư điện tử. Chú ý rằng không có header hay trailer được bổ sung ở tầng này. Hình 2.11 Tầng ứng dụng Các chức năng chính của tầng ứng dụng bao gồm: Mạng ảo đầu cuối –Network Virtual Termination. Một mạng ảo đầu cuối là một phiên bản phần mềm của một đầu cuối vật lý và cho phép một người dùng có thể đăng nhập vào một máy từ xa. Để làm được điều này,tầng ứng dụng tạo ra một phần mềm mô phỏng đầu cuối tại máy từ xa. Máy tính của người dùng nói chuyện với phần mềm đầu cuối, đến lượt nó nói chuyện với máy, và ngược lại. Máy từ xa tin rằng nó đang kết với một trong những đầu cuối của nó và cho phép bạn đăng nhập. Quản lý, truy cập và truyền file (FTAM). Đây là ứng dụng cho phép một người dùng có thể truy cập các file trong một máy tính từ xa (để tạo ra những thay đổi hoặc đọc dữ liệu), nhận các file từ máy tính từ xa và để quản lý hoặc kiểm soát các file trong một máy tính từ xa. Các dịch vụ thư. Ứng dụng này cung cấp các điều kiện cơ bản cho việc chuyển tiếp thư điện tử và lưu trữ. Các dịch vụ thư mục. Ứng dụng này cung cấp các nguồn cơ sở dữ liệu phân tán và truy cập thông tin toàn cầu về nhiều đối tượng và dịch vụ. 42
  43. CHƯƠNG 3. GIAO DIỆN VẬT LÝ 3.1. Vai trò và chức năng của tầng vật lý - Cung cấp phương thức truy cập vào đường truyền vật lý để truyền các dòng bít. - Ngoài ra nó cung cấp các chuẩn về điện, dây cáp, đầu nối, kỹ thuật nối mạch điện, điện áp, tốc độ cáp truyền dẫn, giao diện kết nối và các mức kết nối. 3.2. Các loại tín hiệu và các yếu tố ảnh hưởng  Các loại tín hiệu 3.2.1. Tín hiệu dùng theo chuẩn V.28 Các mức tín hiệu được quy định dùng cho một số giao tiếp EIA/ITU-T được chỉ ra trong khuyến nghị V.28. Chuẩn V.28 được xem là giao tiếp điện không cân bằng. Các tín hiệu điện áp được dùng trên đường dây là đối xứng so với mức tham chiếu gốc (ground) và ít nhất là mức +3vdc cho bit 0 và -3vdc cho bit 1. Trong thực tế nguồn cung cấp cho mạch giao tiếp có mức điện thế là ±12vdc hay ±15vdc, các mạch truyền cần chuyển mức tín hiệu điện áp thấp trong các thiết thiết bị sang mức điện áp cao ngoài đường dây. Các mức tín hiệu được dùng ở đây cao hơn so với mức của TTL (2.0v – 5.0 v là mức 1 và 0.2v – 0.8v là mức 0) có tác dụng chống suy giảm và loại nhiễu tốt. 3.2.2. Tín hiệu Dòng 20mA Một dạng tín hiệu khác có thể chọn bên cạnh EIA –232D/v.28 là giao tiếp dòng 20mA tên của giao tiếp này ngụ ý rằng dùng tín hiệu là dòng điện thay cho điện áp.Mặc dù không mở rộng tốc độ nhưng nó tăng khoảng cách vật lý giữa 2 thiết bị thông tin. Tiếp cận cơ bản được trình bầy trên hình 2.11. Hoạt động chính là trạng thái chuyển mạch được điều khiển bởi luồng bit dữ liệu truyền: chuyển mạch đóng tương ứng với bit 1, do đó cho dòng 20mA qua ,và ngược lại chuyển mạch mở cho bit 0 do đó không cho dòng 20mA qua.Tại đầu thu dòng điện được phát hiện bởi mạch cảm biến dòng và các tín hiệu nhị phân được tái tạo lại giao tiếp này loại bỏ nhiễu tốt hơn so với giao tiếp điều khiển bằng điện áp. Phù hợp với đường dây dài (đến 1Km), nhưng tốc độ vừa phải. 3.2.3. Tín hiệu dùng theo chuẩn RS-422A/V.11 Nếu muốn tăng khoảng cách vật lý và tốc độ chúng ta sẽ dùng RS- 422A/V.11.Chuẩn này cơ bản dựa trên cáp xoắn đôi và mạch thu phát vi phân và được xem như giao tiếp điện cân bằng. Một mạch phát vi phân tạo ra tín hiệu sinh đôi bằng nhau và ngược cực theo mỗi tín hiệu nhị phân 0 hay 1 khi được truyền. Tương tự mạch thu chỉ cảm nhận theo hiệu số giữa hai tín hiệu trên hai đầu vào của chúng nhờ đó nhiễu tác động đồng thời lên cả 2 dây sẽ không ảnh hưởng đến tín hiệu cần thu. Một dẫn xuất của RS- 422A/V.11 và RS –423/V10 có thể được dùng cho các đầu ra điện áp 43
  44. không cân bằng bởi các giao tiếp EIA-232D/V.24 với một bộ thu vi phân RS- 22A/V.11 thích hợp trong trường hợp dùng cáp xoắn đôi, truyền ở cự ly 10m với tốc độ 10Mbps và 1Km với tốc độ 100kbps. 3.2.4. Các tín hiệu truyền trên cáp đồng trục Không như băng thông thấp sẵn có trong kết nối qua mạng chuyển mạch điện thoại , băng thông hữu hạn trong cáp đồng trục có thể lên đến 350MHz (hay cao hơn). Có thể dùng băng tần cao này một trong 2 cách : Chế độ băng cơ bản : trong tất cả băng thông sẵn có được dùng để tiếp nhận một kênh tốc độ cao (10Mbps hay cao hơn). Chế độ băng rộng : trong đó băng thông sẵn có được chia thành một số các kênh có tốc độ nhỏ hơn trên một cáp. 3.2.4.1. Chế độ băng cơ bản Trong chế độ này cáp được diều khiển bởi một nguồn điện áp tại một đầu. Nhờ hình dạng của cáp nên hạn chế được can nhiễu từ ngoài,. phù hợp với truyền số liệu tốc độ cao lên đến 10Mbps qua khoảng cách vài trăm mét. 3.2.4.2. Chế độ băng rộng Dùng chế độ ,các kênh truyền được thực hiện trên một cáp nhờ kỹ thuật ghép kênh phân tầng FDM (Frequency Division multiplexing).FDM yêu cầu một modem RF (Radio Frequency) giữa mỗi thiết bị và cáp. Dùng thuật ngữ RF vì mỗi kênh dùng tần số thuộc phổ tần RF. Sóng mang truyền được điều chế bằng dữ liệu truyền và sóng thu được giải điều chế để suy ra số liệu. 3.2.5. Các tín hiệu cáp quang Có một số dạng mã hoá tín hiệu quang.Một dựa trên lược đồ mã hoá lưỡng cực. Loại này tạo ra đầu ra quang 3 mức, phù hợp với hoạt động của cáp từ DC đến 50 Mbps. 3 mức năng lượng quang là : zero, một nửa mức tối đa và mức tối đa. Module truyền thực hiện từ các mức điện áp nhị phân bên trong sang tín hiệu quang 3 mức đặt lên cáp nhờ các bộ nối đặc biệt và một LED tốc độ cao. Tại bộ thu, cáp được kết cuối với một bộ nối đặc biệt đi đến diode thu quang tốc độ cao ngụ trong một module thu đặc biệt. Module này chứa các mạch điện tử cần cho việc chuyển đổi tín hiệu tạo ra bởi diode quang tỉ lệ với mức ánh sáng , thành các mức điện áp bên trong tương ứng với bit 1 và 0. 3.2.6. Tín hiệu vệ tinh và Radio Kênh truyền trong các hệ thống vệ tinh và radio được tạo ra nhờ ghép kênh phân chia tần số (FDM Frequency Division multiplexing). Bên cạnh đó dung lượng sẵn có của mỗi kênh còn được chia nhỏ hơn nhờ kỹ thuật ghép kênh phân thời gian đồng bộ (TDM : Time Division multiplexing) 44
  45. Có một số phương pháp điều khiển truy xuất khác nhau được dùng để điều khiển truy xuất vào phần dung lượng có sẵn. - Truy xuất ngẫu nhiên : tất cả các trạm tranh chấp kênh truyền theo ngẫu nhiên (không có điều khiển). - Gán cố định : cả khe thời gian cũng như tần số được gán trước cho mỗi trạm - Gán theo yêu cầu : khi một trạm muốn truyền số liệu , trước hết nó yêu cầu dung lượng kênh từ trung tâm trung tâm có chức năng phân phối dung lượng truyền cho các trạm yêu cầu. Truy xuất ngẫu nhiên là phương pháp truy xuất cổ điển nhất và được dùng lần đầu tiên để điều khiển truy xuất một kênh vệ tinh dùng chung (chia sẻ) Nó chỉ dùng với các ứng dụng trong đó dạng thứ nhất là toàn bộ tải được cung cấp chỉ là phần nhỏ của dung lượng kênh có sẵn và dạng thứ hai là tất cả các hoạt động truyền phân bố ngẫu nhiên. Với phương pháp gán cố định , cả khe thời gian và kênh tần số được gán trước cho mỗi trạm. Nhìn chung việc gán trước các kênh tần số dễ hơn gán khe thời gian. Ví dụ : trong các ứng dụng vệ tinh dựa vào hub trung tâm một kênh tần số cố định được gán cho mỗi VSAT và sau đó trung tâm phát quảng bá (broadcast) lên các kênh tần số được gán trước khác. Nhìn chung vì chỉ có một kênh từ hub đến VSAT, nên băng tần của kênh này rộng hơn so với kênh được dùng cho hoạt động truyền từ VSAT đến hub. Thông thường tốc độ bit là 64kbps cho mỗi kênh VSAT đến hub và đến 2Mbps cho kênh broadcast từ hub đến VSAT. Lược đồ điều khiển truy xuất này được gọi là đa truy xuất phân tần được gán trước (preassigned fequency-division multiple access hay preassigned FDMA). Chúng ta có thể đạt được hiệu xuất kênh tốt hơn bằng cách dùng phương pháp điều khiển truy xuất gán theo yêu cầu. Lược đồ náy cung cấp một số khe thời gian theo yêu cầu _gọi tắt là khe thời gian theo yêu cầu (request time slot) , trong đó VSAT và các trạm di động có thể gửi yêu cầu đến hub hay trạm cơ bản (base station) để lấy một hay nhiều khe thời gian thông điệp (message time slot). Nếu có sẵn các điểm trung tâm sẽ gán các khe thời gian thông điệp đặc biệt cho hoạt động truyền đó và thông báo với trạm yêu cầu bằng khe thời gian báo nhận (acknowledgment time slot).Lược đồ này được gọi là đa truy xuất phân thời được gán theo yêu cầu (demand – assigned time- divíion multiple access hay demand-assigned TDMA)  Các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu Với bất kỳ một hệ thống truyền thông nào, một điều dễ nhận thấy là tín hiệu các thiết bị thu nhận được sẽ khác do với tín hiệu ban đầu được truyền đi do các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu. Với các tín hiệu tương tự, các yếu tố này sẽ gây ra một loại các 45
  46. thay đổi ngẫu nhiên làm giảm chất lượng của tín hiệu. Với tín hiệu số, các lỗi bit (bit error) sẽ sinh ra (bit 1 chuyển thành bit 0 và ngược lại). Trong phần này, ta sẽ đề cập đến một loạt các yếu tố làm ảnh hưởng đến tín hiệu và bình luận về hiệu ứng của chúng trên băng thông mang thông tin của một kênh truyền tin. Có 3 yếu tố chính làm ảnh hưởng đến tín hiệu: Suy giảm cường độ tín hiệu và méo do suy giảm cường độ (Attenuation and attenuation distortion). Méo do trễ (Delay distortion) Nhiễu (Noise) a) Sự suy giảm cường độ tín hiệu Cường độ của tín hiệu sẽ giảm dần theo độ dài khi tín hiệu di chuyển qua bất cứ một môi trường truyền nào. Với các môi trường truyền hữu tuyến (guided medium), độ suy giảm cường độ tín hiệu này được biểu diễn bằng một hằng số của decibel trên một đơn vị khoảng cách. Với các môi trường truyền vô tuyến (unguided medium), độ suy giảm này là một hàm phức tạp của khoảng cách và áp suất. Đối với các kỹ sư truyền thông, có 3 vấn đề cần quan tâm đối với sự suy giảm cường độ tín hiệu. Thứ nhất, một tín hiệu khi thu được phải có cường độ đủ mạnh để mạch điện tử trong thiết bị thu có thể phát hiện và thông dịch ý nghĩa của tín hiệu. Thứ hai, tỷ lệ cường độ tín hiệu trên nhiễu phải đủ lớn để loại trừ lỗi khi thu tín hiệu. Thứ ba, độ suy giảm cường độ tín hiệu là một hàm tăng theo tần số tín hiệu. Vấn đề thứ nhất và thứ hai được giải quyết bằng cách sử dụng các bộ khuyếch đại hoặc các bộ lặp. Đối với một liên kết điểm-điểm, cường độ tín hiệu của thiết bị phát phải đủ mạnh để thiết bị thu có thể nhận và thông dịch được tín hiệu nhưng không được quá mạnh để làm cho các mạch phát bị quá tải (overload). Nếu các mạch phát bị quá tải thì sẽ gây ra hiện tượng méo cho tín hiệu sinh ra. Theo độ dài của khoảng cách truyền, cường độ của tín hiệu sẽ bị giảm dần đến giới hạn có thể chấp nhận được. Tại đây, các bộ khuyếch đại hoặc bộ lặp sẽ được sử dụng để tăng cường cường độ của tín hiệu từ điểm này đến điểm kế tiếp. Các vấn đề này sẽ trở nên phức tạp hơn đối với các đường truyền đa điểm nơi mà khoảng cách từ thiết bị phát đến thiết bị thu không cố định. Vấn đề thứ ba phải được đặc biệt chú ý đến đối với các tín hiệu tương tự. Bởi vì độ suy giảm cường độ tín hiệu biến đổi theo hàm của tần số nên tín hiệu sẽ bị méo làm cho khả năng thông dịch tín hiệu giảm xuống. Để giải quyết vấn đề này, các kỹ thuật hiện tại thực hiện kỹ thuật cân bằng độ suy giảm cường độ tín hiệu qua dải tần truyền. Điều này được thực hiện trong các đường điện thoại bằng cách sử dụng các cuộn nạp xoắn để thay đổi tính chất điện của đường truyền. Một cách tiếp cận khác là sử dụng 46
  47. các bộ khuyếch đại có tính chất chỉ khuyếch đại các tần số cao nhiều hơn là khuyếch đại các tần số thấp. Một ví dụ được đưa ra trong Hình 3.1. Hình vẽ này cho thấy độ suy giảm cường độ tín hiệu là một hàm của tần số đối với các đường truyền leased line. Trong hình vẽ này, độ suy giảm cường độ tín hiệu được đo theo quan hệ với độ suy giảm cường độ tại tần số 1000 Hz. Các giá trị dương trên trục y biểu diễn độ suy giảm lớn hơn độ suy giảm tại tần số 1000 Hz. Tại một tần số f bất kỳ, công thức tính độ suy giảm của tín hiệu là: Pf N f 10log10 P1000 Hình 3.1. Sự suy giảm Đường liền nét trong Hình 3.1 biểu diễn độ suy giảm cường độ tín hiệu khi không có sự cân bằng. Như ta thấy trong hình vẽ, các thành phần tần số tại các điểm cuối có độ suy giảm cường độ tín hiệu cao hơn các thành phần tần số thấp hơn trong dải thông tiếng nói. Điều này rõ ràng sẽ gây ra méo đối với tín hiệu khi nhận được. Đường nét đứt biểu diễn hiệu ứng của kỹ thuật cân bằng cường độ suy giảm tín hiệu. Đường nét đứt này có hình dáng phẳng hơn so với đường liền nét. Vì vậy, chất lượng của tín hiệu sẽ tốt hơn và đồng thời nó cũng cho phép đạt được tốc độ truyền dữ liệu cao hơn đối với dữ liệu số truyền qua modem. 47
  48. Hình 3.2. méo do trễ Đối với tín hiệu số, hiện tượng méo do suy giảm cường độ tín hiệu gây tác động ít hơn. Như ta thấy trên hình 3.2, cường độ tín hiệu suy giảm một cách nhanh chóng khi tần số tín hiệu tăng lên; hầu hết nội dung của tín hiệu tập trung xung quanh tần số cơ bản của tín hiệu. b, Méo do trễ Méo do trễ là một hiện tượng đặc biệt đối với môi trường truyền hữu tuyến. Hiện tượng méo này sinh ra bởi vì vận tốc truyền tín hiệu qua môi trường truyền hữu tuyến biến đổi khi tần số của tín hiệu thay đổi. Đối với một tín hiệu có dải thông giới hạn, vận tốc này có khuynh hướng đạt được giá trị lớn nhất tại các tần số gần với tần số cơ bản và giảm dần đối với các tần số nằm về hai phía biên của dải thông. Do đó, khi tín hiệu bao gồm nhiều thành phần tần số khác nhau thì các thành phần này của tín hiệu sẽ di chuyển đến thiết bị thu tại các thời điểm khác nhau. Hiện tượng méo do trễ là một hiện tượng rất quan trọng cần tính đến đối với dữ liệu số. Ta hãy xét một chuỗi bit đang được truyền bằng tín hiệu tương tự hoặc số. Vì hiện tượng méo do trễ, một vài thành phần của tín hiệu của một bit sẽ rớt lại vào các bit phía sau gây ra hiện tượng làm giới hạn tốc đọ truyền bit tối đa. c) Nhiễu Đối với bất kỳ một sự kiện truyền dữ liệu nào, tín hiệu nhận được sẽ gồm có tín hiệu được truyền đi và bị sửa đổi bởi nhiều loại méo gây ra bởi hệ thống truyền, cộng thêm với các tín hiệu không mong muốn từ bên ngoài tác động vào trong quá trình truyền. Tóm lại, các tín hiệu không mong muốn được coi là các loại nhiễu – một nguyên nhân chính làm giảm hiệu năng của các hệ thống truyền thông. 48
  49. Nhiễu được chia thành 4 loại chính: - Nhiễu nhiệt (thermal noise) - Nhiễu điều chế (intermodulation noise) - Nhiễu xuyên âm (crostalk). - Nhiễu xung lực (impulse noise) Nhiễu nhiệt là loại nhiễu gây ra bởi hiện tượng chuyển động của các electron do nhiệt độ trong vật dẫn. Loại nhiễu này có trong mọi thiết bị điện tử và các môi trường truyền dẫn. Nó là một hàm của nhiệt độ. Nhiễu nhiệt được phân bố một cách đồng đều trên toàn bộ trải phổ tần số và do đó người ta gọi nó là “nhiễu trắng” (white noise). Không thể nào loại trừ hay hạn chế được loại nhiễu này và do đó nó nằm phía ngoài biên của hiệu năng của các hệ thống truyền thông. Lượng nhiễu nhiệt có trong 1 Hz dải thông của bất kỳ một vật dẫn nào đều được tính theo công thức: N0 = kT Trong đó: N0 là độ đo cường độ nhiễu, đơn vị: watts/hertz. k là hằng số Boltzmann = 1.3803 x 10-23 J/0K T là nhiệt độ, tính bằng độ đo Kelvin. Theo công thức trên, ta thấy nhiễu nhiệt phụ thuộc vào tần số. Do đó, đối với một tín hiệu có dải thông là W (Hz) thì cường độ nhiễu nhiệt tác động vào tín hiệu sẽ là: N=k T W (watts/Hz) Nếu tính theo đơn vị decibel-watts thì: N 10logk 10logT 10logW 228.6 dBW 10logT 10logW Khi các tín hiệu có tần số khác nhau chia sẻ chung một môi trường truyền thì kết quả là sẽ sinh ra nhiễu điều chế. Hiệu ứng của loại nhiễu điều chế này làm sinh ra một tín hiệu có tần số bằng tổng hoặc tích các tần số của 2 tín hiệu gốc. Ví dụ, việc truyền đồng thời hai tín hiệu f1 và f2 sẽ sinh ra một tín hiệu nhiễu có tần số là f1 + f2. Nhiễu điều chế sinh ra khi có các hiện tượng không tuyến tính (nonlinear) trong các thiết bị phát, thiết bị thu hoặc hệ thống truyền. Thông thường, các thành phần này hoạt động như là các hệ thống tuyến tính; đó là giá trị đầu ra bằng với giá trị đầu vào nhân với hằng số. Trong một hệ thống không tuyến tính, giá trị đầu ra là một hàm phức tạp của giá trị đầu vào. Hiện tượng không tuyến tính này xảy ra do các thành phần hoạt động không đúng chức năng (malfunction) hoặc do việc sử dụng các tín hiệu có cường độ quá lớn. Nhiễu xuyên âm là hiện tượng giống như khi một người đang gọi điện thoại lại nghe được một cuộc hội thoại khác trong cuộc hội thoại của mình. Đó là hiệu ứng xảy ra giữa các cặp dây đôi xoắn đặt cạnh nhau hoặc do tác động của sóng vi ba (microwave) lên các vật dẫn vô tình đóng vai trò là các ăngten thu sóng. Có 3 loại 49
  50. nhiễu xuyên âm đối với các trường hợp các cặp dây đôi xoắn đặt cạnh nhau là nhiễu xuyên âm dạng đầu gần (NEXT - Near-End Crosstalk), nhiễu xuyên âm dạng đầu xa (FEXT - Far-End Crosstalk) và nhiễu xuyên âm tổng đầu gần (PSNEXT – Power Sum NEXT) Hình 3.3. Nhiễu xuyên âm dạng đầu gần Hình 3.4 Nhiễu xuyên âm dạng đầu xa Hình 3.5 Nhiễu xuyên âm dạng tổng đầu gần 50
  51. Tất cả các loại nhiễu được đề cập ở trên đều có thể dự đoán được về dạng và cường độ tác động của chúng. Điều này cho phép các kỹ sư của các hệ thống truyền thông có thể đối phó được với chúng. Tuy nhiên, nhiễu xung lực là một loại nhiễu không liên tục (noncontinuous), gồm các xung bất thường xảy ra trong một khoảng thời gian ngắn và có biên độ rất cao. Loại nhiễu này được sinh ra do nhiều nguyên nhân khác nhau về nhiễu điện từ chẳng hạn như sóng ánh sáng hoặc các điểm rò rỉ điện năng trong các hệ thống truyền thông. Nhiễu xung lực thường chỉ là một loại nhiễu gây tác động xấu không nhiều đối với dữ liệu tương tự. Ví dụ, việc truyền âm thanh có thể bị ngắt quãng một thời gian rất ngắn nhưng không làm ảnh hưởng đến khả năng hiểu âm thanh của người nghe. Tuy nhiên, nhiễu xung lực lại là một nguồn gây lỗi chính đối với các hệ thống truyền thông số. Ví dụ, một năng lượng mạnh tác động ngắn trong khoảng thời gian 0.01 giây không đủ làm phá hủy toàn bộ dữ liệu âm thanh nhưng cũng đủ để xóa đi 50 bit dữ liệu đang được truyền với tốc độ 4800 pbs. Hình 2.14 là một ví dụ về hiệu ứng của nó lên một tín hiệu số. Ở đâu nhiễu bao gồm cả nhiẽu nhiệt cộng với nhiễu xung lực. Dữ liệu số được khôi phục từ tín hiệu bằng cách lấy mẫu (sampling) tín hiệu nhận được tại thiết bị thu theo chu kỳ một lần lấy mẫu trên một khoảng thời gian định thời bit (bit time). Như ta thấy trên hình vẽ, nhiễu này làm thay đổi các bit 1 thành 0 và ngược lại với tần suất tương đối lớn. Hình 3.6. Ảnh hưởng của tạp nhiễu lên một tín hiệu số 51
  52. 3.3. Môi trường truyền thông 3.3.1. Môi trường truyền dẫn có dây 3.3.1.1. Các đường truyền 2 dây không xoắn Một đường truyền 2 dây không xoắn là môi trường truyền dẫn đơn giản nhất. Mỗi dây cách ly với dây kia và cả 2 xuyên tự do (không xoắn nhau qua môi trường không khí). Loại dây này thích hợp cho kết nối 2 thiết bị cách xa nhau đến 50 m dùng tốc độ bit nhỏ hơn 19,2kbps. Tín hiệu thường là mức điện thế hay cường độ dòng điện vào tham chiếu điện thế đất (ground , không cân bằng) đặt lên một dây trong khi điện thế đất đặt vào dây kia. Mặc dù một đường 2 dây có thể được dùng để nối 2 máy tính một cách trực tiếp, nhưng thường dùng nhất là cho kết nối một DTE đến một thiết bị kết cuối mạch dữ liệu cục bộ DCE (data circuit terminating equipment), ví dụ như Modem các kết nối như vậy thường dùng dây đa đường cách tổ chức thông thường là cách ly riêng một dây cho mỗi tín hiệu và một dây nối đất (ground). Bộ dây hoàn chỉnh được bọc trong một cáp nhiều lõi được bảo vệ hay dưới dạng một hộp. Với loại dây này cần phải cẩn thận tránh can nhiễu giữa các tín hiệu điện trong các dây dẫn kề nhau trong cùng một cáp. Hiện tượng này gọi là nhiễu xuyên âm.Ngoài ra cấu trúc không xoắn khiến chúng rất dễ bị xâm nhập bởi các tín hiệu nhiễu bắt nguồn từ các nguồn tín hiệu khác do bức xạ điện từ, trở ngại chính đối với các tín hiệu truyền trên loại dây này là chỉ một dây có thể bị can nhiễu, ví dụ như dây tín hiệu tạo thêm mức sai lệch tín hiệu giữa 2 dây. Vì máy thu hoạt động trên cơ sở phân biệt mức chênh lệch điện thế giữa hai dây, nên điều này dẫn đến đọc sai tín hiệu gốc. Các yếu tố ảnh hưởng này đồng thời tạo ra giới hạn về cự ly cũng như về tốc độ truyền. 3.3.1.2. Các đường dây xoắn đôi Chúng ta có thể loại bỏ các tín hiệu nhiễu bằng cách dùng cáp xoắn đôi, trong đó một cặp dây xoắn lại với nhau. Sự xấp xỉ các đường dây tham chiếu dất và dây tín hiệu có ý nghĩa khi bất kỳ tín hiệu nào thâm nhập thì sẽ vào cả hai dây ảnh hưởng của chúng sẽ giảm đi bởi sự triệt tiêu nhau. Hơn nữa nếu có nhiều cặp dây xoắn trong cùng một cáp thì sự xoắn của mỗi cặp trong cáp cũng làm giảm nhiễu xuyên âm. Các đường xoắn đôi cùng với mạch phát và thu thích hợp lợi dụng các ưu thế có được từ các phương pháp hình học sẽ là đường truyền tốc độ xấp xỉ 1 Mbps qua cự ly ngắn (ngắn hơn 100m) và tốc độ thấp qua cự ly dài hơn. Các đường đây này gọi là cáp xoắn đôi không bảo vệ UTP (Unshielded Twisted Pair), được dùng rộng rãi trong mạng điện thoại và trong nhiều ứng dụng truyền số liệu. Đối với các cặp xoắn bảo vệ STP (Shielded Twisted Pair) có dùng thêm một lưới bảo vệ để giảm hơn nữa ảnh hưởng của tín hiệu xuyên nhiễu 52
  53. 3.3.1.3. Cáp đồng trục Các yếu tố giới hạn chính đối với cáp xoắn là khả năng và hiện tượng dược gọi là “ hiệu ứng ngoài da “. Khi tốc độ bit truyền gia tăng dòng điện chạy trên đường dây có khuynh hướng chỉ chạy trên bề mặt của dây dẫn, do đó dùng rất ít phần dây có sẵn điều này làm tăng trở kháng của đường dây đối với cá tín hiệu có tần số cao, dẫn đến suy hao lớn đối với tín hiệu. Ngoài ra với tần số cao thì năng lượng tín hiệu bị tiêu hao nhiều do ảnh hưởng bức xạ. Chính vì vậy trong các ứng dụng yêu cầu tốc độ bit cao hơn 1Mbps, chúng ta dùng các mạch thu phát phức tạp hơn hoặc dùng các môi trường truyền dẫn khác. Dây tín hiệu trung tâm được bảo vệ hiệu quả đối với các tín hiệu xuyên nhiễu từ ngoài nhờ lưới dây bao quanh bên ngoài, chỉ suy hao lượng tối thiểu do bức xạ điện từ và hiệu ứng ngoài da do có lớp dây dẫn bao quanh. Cáp đồng trục có thể dùng với một số loại tín hiệu khác nhau nhưng thông dụng nhất là dùng cho tốc độ 10 Mbps trên cự ly vài trăm mét, nếu dùng điều chế tốt thì có thể đạt được thông số cao hơn. 3.3.1.4. Cáp quang Mặc dù có nhiều cải tiến nhưng các loại dây cáp kim loại vẫn bị giới hạn về tốc độ truyền dẫn. Cáp quang khác xa với các loại cáp trước đây , cáp quang mang thông tin dưới dạng các chùm dao động của ánh trong sợi thuỷ tinh. Sóng ánh sáng có băng thông rộng hơn sóng điện từ , điều này cho phép cáp quang đạt được tốc độ truyền khá cao lên đến hàng trăm Mbps. Sóng ánh sáng cũng miễn dịch đối với các nhiễu điện từ và nhiễu xuyên âm. Cáp quang cũng cực kỳ hữu dụng trong việc các tín hiệu tốc độ thấp trong môi trường xuyên nhiễu nặng ví dụ như điện cao thế, chuyển mạch. Ngoài ra còn dùng các nơi có nhu cầu bảo mật, vì rất khó mắc xen rẽ (câu trộm về mặt vật lý). Một cáp quang bao gồm một sợi thuỷ tinh cho mỗi tín hiệu được truyền được bọc bởi một lớp phủ bảo vệ ngăn ngừa bất kỳ một nguồn sáng nào từ bên ngoài tín hiệu ánh sáng phát ra bởi một bộ phát quang thiết bị này thực hiện chuyển đổi các tín hiệu điện thông thường từ một đầu cuối dữ liệu thành tín hiệu quang. Một bộ thu quang được dùng để chuyển ngược lại (từ quang sang điện)tại máy thu , thông thường bộ phát là diode phát quang hay laser thực hiện chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang. Các bộ thu dùng photodiode cảm quang hay photo transistor. Bản than sợi quang gồm hai phần: lõi thủy tinh và lớp thủy tinh có hệ số khúc xạ thấp. Ánh sáng lan truyền dọc theo lõi thủy tinh theo một trong ba cách phụ thuộc vào loại và bề rộng của vật liệu lõi được dùng. Có ba chế độ truyền: Trong chế độ đa mode khúc xạ bước _multimode stepped index_ vật liệu phủ và lõi khác nhau nhưng hệ số khúc xạ ổn định không thay đổi. Tất cả các ánh sáng phát ra bởi diode có góc phát nhỏ 53
  54. hơn góc tới hạn được phản xạ tại giao tiếp giữa lớp phủ và lõi và lan truyền trong lõi. Tùy vào góc phát mà ánh sáng sẽ mất một lượng thời gian để lan truyền dọc theo theo dây. Do đó tín hiệu nhận được có bề rộng xung rộng hơn xung gốc. Sự phân tán có thể được hạn chế bằng cách dùng vật liệu có hệ số khúc xạ thay đổi hay đa mode khúc xạ tăng dần _multimode graded index, ánh sáng bị khúc xạ một lượng lớn khi di chuyển ra xa lõi. Điều này làm hẹp bề rộng xung của tín hiệu nhận, nhờ đó cho phép gia tăng tốc độ bit. Một cải tiến cao hơn có thể đạt được bằng cách giảm đường kính lõi đến chiều dài bước song đơn (3-10 µm) để tất các các ánh sáng phát ra sẽ truyền theo một hướng dọc ống dẫn song (sợi quan cũng thường được gọi là ống dẫn sóng), và sợi quang dùng phương pháp này gọi là sợi đơn mode _monomode fiber, nhờ vậy bề rộng xung nhận được sẽ xấp xỉ bề rộng xung gốc, nhờ đó tăng được tốc độ truyền. 3.3.2. Môi trường truyền dẫn không dây 3.3.2.1. Đường truyền vệ tinh Tất cả các môi trường truyền được thảo luận ở trên đều dùng một đường dây vật lý để mang thông tin truyền. Số liệu cũng có thể truyền bằng cách dùng sóng điện từ qua không gian tự do như các hệ thống thông tin vệ tinh. Một chùm sóng vi ba trực xạ trên đó mang số liệu đã được điều chế, được truyền đến vệ tinh từ trạm mặt đất. Trùm sóng này được thu và được truyền lại đến các đích xác định trước nhờ một mạch tích hợp thường được gọi là transponder. Một vệ tinh có nhiều transponder, mỗi transponder đảm trách một băng tần đặc biệt. Mỗi kênh vệ tinh thông thường đều có một băng thông cực cao (500MHz) và có thể cung cấp cho hàng trăm liên kết tốc độ cao thông qua kỹ thuật ghép kênh. Các vệ tinh dùng cho mục đích liên lạc thường thuộc dạng địa tĩnh, có nghĩa là vệ tinh bay hết quỹ đạo quanh trái đất mỗi 24 giờ nhằm đồng bộ với sự quay quanh mình của trái đất và do đó vị trí của vệ tinh là đứng yên so với mặt đất, quĩ đạo của vệ tinh được chọn sao cho đường truyền thẳng tới trạm thu phát mặt đất, mức độ chuẩn trực của chum sóng truyền lại từ vệ tinh có thể không cao để tín hiệu có thể được tiếp nhận trên một vùng rộng lớn, hoặc có thể hội tụ tốt để chỉ thu được trên một vùng giới hạn. Trong trường hợp thứ hai tín hiệu có năng lượng lớn cho phép dùng các bộ thu có đường kính nhỏ hơn thường được gọi là chảo parabol, là các đầu cuối có độ mở rất nhỏ hay VSAT (Very Small Aperture Terminal). Các vệ tinh được dùng rộng rãi trong các ứng dụng truyền số liệu từ liên kết các mạng máy tính của quốc gia khác nhau cho đến cung cấp các đường truyền tốc độ cao cho các liên kết truyền tin giữa các mạng trong cùng một quốc gia. Một hệ thống thông tin vệ tin thông thường được trình bầy trên hình 3.7 chỉ trình bầy một đường dẫn đơn hướng nhưng là đường song công được sử dụng trong hầu hết 54
  55. các ứng dụng thực tế với các kênh đường lên (up link) và kênh đường xuống (down link) liên kết với mỗi trạm mặt đất hoạt động với tần số khác nhau.Các cấu hình thông dụng khác có liên quan đến trạm mặt đất trung tâm trạm này liên lạc với một số trạm VSAT phân bố trên phạm vi quốc gia. Dạng tiêu biểu có một máy tính nối đến mỗi trạm VSAT và có thể truyền số liệu với máy tính trung tâm được nối đến trạm trung tâm như hình 3.7 (b). Thông thường , điểm trung tâm truyền rộng rãi đến tất cả các VSAT trên một tần số nào đó, trong khi ở hướng ngược lại mỗi VSAT truyền đến trung tâm bằng tần số khác nhau. Hình 3.7. Truyền dẫn vệ tinh: (a) điểm nối điểm (b) đa điểm 3.3.2.2. Đường truyền vi ba Các liên kết vi ba mặt đất được dùng rộng rãi để thực hiện các liên kết thông tin khi không thể hay quá đắt tiền để thực hiện một môi trường truyền vật lý, ví dụ khi vượt sông, sa mạc, đồi núi hiểm trở.v.v. Khi chùm sóng vi ba trực xạ đi xuyên ngang môi trường khí quyển nó có thể bị nhiễu bởi nhiều yếu tố như địa hình và các điều kiện thời tiết bất lợi. Trong khi đối với một liên kết vệ tinh thì chùm sóng đi qua khoảng không gian tự do hơn nên ảnh hưởng của các yếu tố này ít hơn.Tuy nhiên ,liên lạc vi ba trực xạ xuyên môi trường khí quyển có thể dùng một cách tin cậy cho cự ly truyền dài hơn 50 km. 3.3.2.3. Đường truyền vô tuyến tần số thấp Sóng vô tuyến tấn số thấp cũng được dùng để thay thế các liên kết hữu tuyến có cự ly vừa phải thông qua các bộ thu phát khu vực. Ví dụ kết nối một số lớn các máy tính thu nhập số liệu bố trí trong một vùng đến một tính giám sát số liệu từ xa, hay kết nối các máy tính trong một thành phố đến một máy cục bộ hay ở xa. Một trạm phát vô tuyến được gọi là trạm cơ bản (base station) được đặt tại điểm kết cuối hữu tuyến như trên hình 2.2 cung cấp một liên kết không dây giữa máy tính và trung tâm. 55
  56. Cần nhiều trạm cơ bản cho các ứng dụng trên yêu cầu phạm vi rộng và mật độ phân bố user cao Phạm vi bao phủ của mỗi trạm cơ bản là giới hạn, do sự giới hạn nguồn phát của nó, nó chỉ đủ kênh để hỗ trợ cho toàn bộ tải trong phạm vi đó. Phạm vi rộng hơn có thể được thực hiện bằng cách tổ chức đa trạm theo cấu trúc tế bào (cell), xem hình 2.3. Trong thực tế kích thước của mỗi tế bào thay đổi và được xác định bởi các yếu tố như mật độ của và địa hình cục bộ. Mỗi trạm cơ bản dùng một dải tần số khác với trạm kế. Tuy nhiên, vì vùng phủ của mỗi trạm có giới hạn nên có thể dùng lại băng tần của nó cho các phần khác của mạng. Các trạm cơ bản được kết nối thành mạng hữu tuyến. Thông thường tốc độ số liệu của mỗi máy tính trong một tế bào (cell) đạt được vài chục kbps. Hình 3.8. Truyền dẫn vô tuyến theo khu vực một tế bào Hình 3.9 Truyền dẫn vô tuyến theo khu vực đa tế bào Dạng tổ chức tương tự có thể được dùng trong một tòa cao ốc để cung cấp các liên kết không dây cho thiết bị máy tính trong mỗi phòng. Trong các trường hợp như vậy, một hay nhiều trạm cơ bản sẽ tọa lạc trên mỗi tầng nhà và kết nối đến mạng hữu tuyến. Mỗi trạm cơ bản cung cấp các liên kết không dây đến mạng hữu tuyến cho tất cả các 56
  57. máy tính thuộc phạm vi của nó. Nhờ vậy sẽ không còn phải bận tâm đến việc chạy dây khi một máy tính được lắp đặt mới hay bỏ đi, nhưng cần phải cung cấp một đơn vị vô tuyến để chuyển số liệu sang dạng tín hiệu vô tuyến và ngược lại. Tốc độ truyền thường thấp hơn đường hữu tuyến. 3.4. Các chuẩn giao tiếp vật lý 3.4.1. Giao tiếp EIA – 232D/V24 Giao tiếp EIA –232D/V24 được định nghĩa như là một giao tiếp chuẩn cho việc kết nối giữa DTE và modem. ITU-T gọi là V24.Thông thường modem được đề cập đến như một DCE (Data connect Equipment) lược đồ hình thức ở hình 3.10 chỉ ra vị trí của giao tiếp trong kết nối điểm nối điểm giữa hai DTE (Data Terminal Equipment). Đầu nối giữa DTE và modem là đầu nối 25 Hình 3.10 chuẩn giao tiếp EIA-232D/V.24 chức năng giao tiếp Các đường dữ liệu truyền TxD (Transmitted Data) và dữ liệu RxD (Received Data) là các đường được DTE dùng để truyền và nhận dữ liệu. Các đường khác thực hiện các chức năng định thời và điều khiển liên quan đến thiết lập, xoá cuộc nối qua PSTN (Public Switching Telephone Network) và các hoạt động kiểm thử tuỳ chọn. Các tín hiệu định thời TxClK và RxClk có liên quan đến sự truyền và nhận của dữ liệu trên đường truyền nhận dữ liệu. Như đã biết, dữ liệu được truyền theo chế độ đồng bộ hoặc chế độ bất đồng bộ. Trong chế độ truyền bất đồng bộ cả hai đồng hồ truyền và thu đều được thực thực hiện độc lập ở cả hai đầu máy phát và máy thu. Trong chế độ này chỉ các đường dữ liệu truyền/nhận là được nối đến modem và các đường điều khiển cần thiết khác. Các đường tín hiệu đồng hồ vì vậy không cần dùng và không nối đến modem. Tuy nhiên trong chế độ truyền đồng bộ số liệu truyền và nhận được truyền nhận một cách đồng bộ với tín hiệu đồng hồ tương ứng và thường được tạo ra bởi modem. Các modem làm việc trong chế độ thứ hai này gọi là modem đồng bộ khi tốc độ baud nhỏ hơn tốc độ bit thì các tín hiệu đồng hồ được tạo ra bởi modem hoạt động với tần số thích hợp so với tốc độ thay đổi tín hiệu trên đường truyền. Chúng ta sẽ dễ hiểu hơn về các đường điều khiển với các chức năng và tuần tự hoạt động của nó trong quá trình thiết lập hay xoá cuộc nối qua mạng điện thoại công cộng (PSTN) hình 3.11 sẽ mô tả tiến trình một cuộc gọi qua bước thiết lập đầu tiên rồi 57
  58. số liệu được trao đổi trong chế độ bán song công và sau cùng là cầu nối sẽ bị xoá.Giả sử DTE khởi xướng gọi là một máy tính cá nhân và modem của nó có dịch vụ gọi tự động. Các dịch vụ này được định nghĩa trong khuyến nghị V.25. Khi DTE sẵn sàng yêu cầu truyền nhận dữ liệu, tín hiệu trên DTR được đặt ở mức tích cực và modem nội bộ sẽ đáp ứng bằng tín hiệu tích cực được đặt trên DSR. Cuộc nối được thiết lập bởi DTE phát cuộc gọi gửi số điện ở đầu ra modem để thực hiện quay số (trường hợp quay qua PSTN) đến modem thu. Khi nhận được tín hiệu chuông từ tổng đài gọi đến ,modem được gọi sẽ đặt RI lên mức tích cực và DTE được gọi đáp ứng lại bằng cách đặt RTS vào mức tích cực.Trong sự đáp ứng này modem được gọi đồng thời gởi sóng mang (âm hiệu dữ liệu của bit 1) đến modem gọi để báo rằng cuộc gọi đã được chấp nhận, sau một thời khắc gọi là thời gian trì hoãn thời trễ này cho phép modem nơi gọi chuẩn bị nhận dữ liệu modem được gọi đặt CTS ở mức tích cực để thông báo cho DTE được gọi rằng nó có thể bắt đầu truyền số liệu. Khi phát hiện được sóng mang ở đầu xa gởi đến modem gọi đặt CD ở mức tích cực lúc này cầu nối đã được thiết lập cung đoạn chuyển tin có thể bắt đầu. Hình 3.11 EIA –232D/V.24 : kết nối truyền dữ liệu Bán song công và tuần tự xoá cầu nối 58
  59. DTE được gọi bắt đầu với việc gửi một thông điệp ngắn mang tính thăm dò qua cầu nối. Khi thông điệp đã được gửi đi, nó lập tức chuẩn bị nhận đáp ứng từ DTE gọi bằng cách đặt RTS về mức không tích cực (off), phát hiện được điều này modem được gọi ngưng gửi tín hiệu sóng mang và trả CD về mức không tích cực, ở phía gọi modem gọi phát hiện sóng mang từ đầu xa đã mất sẽ đáp ứng bằng cách trả CD về off. Để truyền thông điệp đáp ứng DTE gọi đặt RTS lên mức tích cực và modem sẽ đáp ứng bằng mức tích trên CTS và bắt đầu truyền số liệu thủ tục này sau đó được lặp lại khi một bản tin được trao đổi giữa hai DTE. Cuối cùng sau khi đã truyền xong cuộc gọi sẽ bị xoá, công việc này đều có thể thực hiện bởi cả hai DTE bằng cách đặt RTS của chúng về mức không tích cực, lần lượt khiến hai modem cắt sóng mang. Điều này được phát hiện ở cả hai modem và chúng sẽ đặt CD về off. Cả hai DTE sau đó sẽ đặt DTR của chúng về off và hai modem sẽ đáp ứng với mức off trên DSR do đó cầu nối bị xoá. Sau đó một khoảng thời gian DTE được gọi chuẩn bị nhận cuộc gọi mới bằng cách đặt DTR lên mức tích cực. Hình 3.12 Kiểm thử : (a) nội bộ (b) đầu xa Nếu modem nội bộ coi như tốt, tiếp theo DTE tiến hành kiểm tra thử modem đầu xa bằng cách đặt RL ở mức tích cực phát hiện được điều này modem nội bộ phát lệnh đã qui định trước đến modem đầu xa và tiến hành kiểm thử. Modem đầu xa sau đó đặt TM ở mức tích cực để báo DTE nội bộ biết đang bị kiểm thử (không thể truyền số liệu lúc này) và gởi trở lại một lệnh thông báo chấp nhận đến modem thử.Modem thử sau khi nhận lệnh đáp ứng sẽ đặt TM lên mức tích cực và DTE khi phát hiện điều này sẽ gửi mẫu thử. Nếu số liệu truyền và nhận như nhau thì cả hai modem hoạt động tốt và lỗi chỉ có thể ở DTE đầu xa. Nếu không có tín hiệu nhận được thì đường dây có vấn đề. 3.4.2. Modem rỗng (Null Modem) Với tín hiệu được phân bố như hình 3.13 thì cả truyền và nhận số liệu từ đầu cuối đến 59