Bài giảng kỹ thuật truyền số liệu

Truyền dữ liệu hay truyền dữ liệu số hay truyền thông số là sự chuyển giao dữ liệu (một bit stream dữ liệu số hoặc một tín hiệu analog đã được số hóa1) qua một kênh truyền pointtopoint (đơn điểm đến đơn điểm) hoặc pointtomultipoint (đơn điểm đến đa điểm). Ví dụ của các kênh đó là dây đồng, sợi quang học, các kênh truyền không dây, media lưu trữ và bus máy tính. Dữ liệu được đại diện như một tín hiệu điện từ, điện thế, sóng vô tuyến, vi sóng, hoặc tín hiệu hồng ngoại.

Kỹ Thuật Truyền Số Liệu

Giới thiệu môn học

 Động lực

 Sự phát triển vũ bão của các ứng dụng máy tính

 Sự cần thiết của việc trao đổi thông tin giữa các nơi, giữa các máy tính

 Mục đích

 Gi i thi u các khái niệm, thuật ngữ và các phương pháp tiếp cận được dùng trong các hệ thống truyền dữ liệu

 Hiểu việc truyền số liệu giữa 2 thiết bị và các vấn đề liên quan

 Hiểu việc truyền dữ liệu qua mạng giữa 2 thiết bị thông qua một nghi thức giao tiếp

 Giới thiệu một số mạng truyền số liệu được sử dụng hiện nay

 Kiểm tra giữa kỳ: 20%

 Kiểm tra cuối kỳ: 80%

 Phương pháp: TBD

Nội dung môn học

1 Giới thiệu về KT Truyền Số Liệu

2 Môi trường truyền

3 Các vấn đề cơ bản trong Truyền Số Liệu

4 Các nghi thức sửa lỗi

5 Một số nghi thức ở cấp liên kết dữ liệu (Datalink)

7 Công nghệ chuyển mạch gói

Tài liệu tham khảo

 Data Communications, Computer Networks and Open Systems – Fred Halsall

 Data and Computer Communications – William Stallings

 ISDN & B-ISDN – William Stallings

 ATM Foundations for Broadband Networks – Uyless Black

 Data Communications – William L Schweber

 Data communications and teleprocessing systems – Trevor Housley

 Data communication technology – James Martin

 Công nghệ ATM và CDMA – LG Information & Communications

 Lecture notes for M.Sc Data Communication Networks and Distributed

Systems D51 Basic Communications and Networks - Saleem N Bhatti -

Department of Computer Science - University College London - October 1994

 Lecture notes for DATA COMMUNICATIONS, v4.0 – Brian Brown, 1995-2001.

 Fiber Optics Communication and Other Applications – Henry Zanger & Cynthia Zanger.

 Wireless Networked Communications Concepts, Technology and

Implementation – Regis J Bates.

 Practical digital and data communications with LSI applications – Paul Bates

Chương 1

Giới thiệu về Kỹ Thuật

Truyền Số Liệu

 Ứng dụng truyền dữ liệu

 Mô hình hệ thống truyền dữ liệu

 Truyền số liệu

 Mạng truyền số liệu

 Kiến trúc truyền số liệu dùng máy tính

Ứng dụng truyền dữ liệu

 Ứng dụng dữ liệu

 Ứng dụng âm thanh, tiếng nói

 Ứng dụng video

 Ứng dụng thời gian thực

Sơ đồ khối tổng quát (mô hình Shannon)

Ví dụ

Mô hình hệ thống truyền dữ liệu

 Hệ thống truyền dữ liệu là gì?

 Dữ liệu: biểu diễn số liệu, khái niệm, … dưới dạng thích hợp cho việc giao tiếp, xử lý, diễn giải

 Thông tin: ý nghĩa được gán cho dữ liệu

 Tập hợp các thiết bị được kết nối thông qua một môi trường truyền dẫn

Hệ thống truyền dữ liệu

 Tác vụ chính của hệ thống truyền dữ liệu

 Sử dụng hệ thống truyền dẫn

 Giao tiếp

 Tạo tín hiệu

 Đồng bộ

 Quản lý việc trao đổi dữ liệu

 Điều khiển dòng dữ liệu

 Phát hiện và sửa lỗi

 Định vị địa chỉ và tìm đường

 Khôi phục

 Định dạng thông báo

 Bảo mật

 Quản trị mạng

Hệ thống truyền dữ liệu

 Tại sao phải dùng hệ thống truyền dữ liệu

 Chia xẻ tài nguyên

 Máy in

 Ổ đĩa/băng từ

 Công suất tính toán

 Tập hợp dữ liệu

 Phân tán tải

 Tính toán song song

 Tính toán theo mô hình client-server

 Fault tolerance

 Chuyển thông tin

 Giao dịch cơ sở dữ liệu

 Thư điện tử

 Phân tán dữ liệu trên mạng – lưu trữ

Truyền số liệu

 Liên quan đến các vấn đề truyền dữ liệu số dạng thô

 Truyền dẫn dữ liệu (data transmission)

 Mã hóa dữ liệu (data encoding)

 Kỹ thuật trao đổi dữ liệu số (digital data communication)

 Điều khiển liên kết dữ liệu (data link control)

 Phân hợp (multiplexing)

 Liên kết (link) hoặc mạch (circuit)

 Kênh (channel)

Mạng truyền số liệu

 Giao tiếp điểm-điểm

thường không thực tế

 Các thiết bị cách xa nhau

 Số kết nối tăng đáng kể

khi số các thiết bị cần

giao tiếp lớn

 mạng truyền số liệu

 Phân loại dựa vào

phạm vi hoạt động

 Mạng cục bộ (Local-Area

Networks – LAN)

 Đặc tính?

 Ứng dụng?

Mạng truyền số liệu

 Mạng diện rộng (Wide-Area Networks – WAN)

 Khác như thế nào so với mạng LAN?

 Triển khai theo diện rộng

 Dựa vào các mạch truyền dẫn công cộng

 Công nghệ

 Chuyển mạch mạch điện (circuit-switching)

 Đường truyền dẫn dành riêng giữa 2 node mạng

 Chuyển mạch gói (packet-switching)

 Không được dành riêng đường truyền dẫn

 Mỗi gói đi theo đường khác nhau

 Chi phí đường truyền cao để khắc phục các lỗi truyền dẫn

 Frame Relay

 Được dùng trong chuyển mạch gói có tốc độ lỗi thấp

 ATM

 Chế độ truyền bất đồng bộ (Asynchronous Transfer Mode)

 Dùng các gói có kích thước cố định (gọi là cell)

 ISDN

 Mạng số các dịch vụ tích hợp (Integrated Services Digital Network)

Mạng truyền số liệu

 Một cách phân loại khác

 Dựa vào kiến trúc và kỹ thuật dùng để trao đổi dữ liệu

 Mạng chuyển mạch (switched networks)

 Mạng chuyển mạch mạch điện

 Mạng chuyển mạch gói

 Mạng phát tán (broadcast networks)

 Mạng radio gói (packet radio net.)

 Mạng vệ tinh (satellite net.)

 Mạng cục bộ (local net.)

Nghi thức giao tiếp

 Dùng để giao tiếp giữa các thực

thể trong một hệ thống

 Thực thể

 Có khả năng gởi/nhận thông tin

 Ứng dụng người dùng

 Phải cùng “nói” một ngôn ngữ

 Các thành phần chính của một nghi thức giao tiếp

Kiến trúc truyền thông máy tính

Communication subsystem Application process

Data communication network

Computer-to-network communication

Communication subsystem

Application process

Computer-to-computer communication

User-to-user communication

 Tác vụ giao tiếp được phân nhỏ thành các môđun

 Ứng dụng truyền file

 Nguồn thiết lập kết nối (báo cho mạng biết đâu là đích)

 Nguồn đảm bảo đích sẵn sàng nhận dữ liệu

 Ứng dụng truyền file trên h/t nguồn phải đảm bảo chương trình quản lý file trên h/t đích sẵn sàng nhận và lưu trữ file

 Nếu định dạng file dùng trên 2 h/t không tương thích, một hoặc cả 2 h/t

phải thực hiện chức năng chuyển đổi

 Ví dụ, truyền file có thể được phân thành 3 môđun

 Truyền file

 Dịch vụ giao tiếp

 Truy xuất mạng

Tiêu chuẩn hóa

 Cần thiết cho các tác vụ liên thông giữa các thiết bị

 Các tổ chức chuẩn hóa

 Electronics Industries Association EIA: hiệp hội các nhà sản xuất ở Mỹ, đưa ra

chuẩn RS232 và các chuẩn tương tự

 Institute of Electrical and Electronic Engineers IEEE (http://www.ieee.org): tổ chức nhà nghề của các kỹ sư điện-điện tử (IEEE-754: chuẩn cho số chấm động)

 International Telecommunications Union ITU (http://www.itu.ch): điều phối các

chuẩn tầm quốc tế, cấp phát tần số viễn thông vệ tinh

 American National Standards Institute ANSI (http://www.ansi.org): đại diện cho một số tổ chức chuẩn hóa ở Mỹ (chuẩn cho ký tự ASCII)

 International Organization for Standards ISO (http://www.iso.ch): có nhiều chuẩn liên quan đến máy tính, đại diện ở Mỹ là ANSI (ISO9000 là chuẩn liên quan bảo hiểm chất lượng)

 Ưu điểm

 Bảo đảm thị trường lớn cho các thiết bị và các phần mềm

 Cho phép các sản phẩm của các nhà cung cấp có thể giao tiếp với nhau

 Nhược điểm

 Hạn chế sự phát triển công nghệ

 Có thể có nhiều chuẩn cho cùng một công nghệ

Tiêu chuẩn hóa

 Hệ thống kín (sở hữu riêng)

 Được định nghĩa bởi một vài nhà sản xuất máy tính

 Chỉ liên quan đến việc truyền dữ liệu trong một máy tính hoặc giữa máy tính với các thiết bị ngoại vi

 Hệ thống nhiều nhà cung cấp (thương mại hóa)

 Được định nghĩa bởi một số nhà cung cấp dịch vụ viễn thông

 SNA (IBM), IPX (Novel),

 V-series: kết nối giữa DTE và modem kết nối với PSTN

 X-series: kết nối giữa DTE và PSDN

 I-series: kết nối giữa DTE và ISDN

 Hệ thống DoD

 TCP/IP – Transmission Control Protocol/Internet Protocol)

 Hệ thống mở

 Được định nghĩa bởi ISO

 OSI – Open Systems Interconnection

Mô hình DoD

 Phát triển bởi DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) cho mạng

chuyển mạch gói ARPANET (sau này là Internet)

 Sắp xếp phân cấp của các thực thể có khả năng giao tiếp với các thực thể ngang cấp trong một hệ thống khác

 Trong một hệ thống, một thực thể cung cấp dịch vụ cho các thực thể khác và cũng sử dụng dịch vụ của các thực thể khác

 Nhấn mạnh vào internetworking, nghĩa là, khi 2 thực thể giao tiếp không nối chung một mạng

 Quan tâm cả hệ thống hướng đến kết nối và không kết nối

 Bao gồm các ứng dụng: trao đổi file (FTP, RCP), mô phỏng terminal (telnet, rlogin), chia xẻ và truy cập file phân tán (NFS), thực thi lệnh từ xa (rsh, rexec), in ấn từ xa (lpr),

802.X, X.25, mail (SMTP), quản trị mạng (NSP, SNMP)

 TCP/IP được phát triển đồng thời với mô hình ISO

 Không chứa các nghi thức liên quan đến các lớp trong mô hình ISO

 Hầu hết các chức năng của mô hình ISO được tích hợp trong TCP/IP

 Không phải mô hình chính thức, nhưng là một mô hình thực tiễn

 Lớp ứng dụng

 Lớp transport (giao tiếp giữa các thiết bị)

 Lớp Internet

 Lớp truy xuất mạng

 Lớp vật lý

Mô hình kiến trúc nghi thức TCP/IP

Dữ liệu được truyền qua TCP/IP

Mô hình kiến trúc nghi thức TCP/IP

Mô hình mạng ISO/OSI

 Hệ thống lý thuyết ra đời

quá trễ

 TCP/IP đang là tiêu chuẩn

thực tiễn (de facto standard)

 Liên kết dữ liệu (data link)

 Vật lý (physical)

Application Layer

Transport Layer

Presentation Layer Session Layer

Network Layer Datalink Layer

Mô hình mạng ISO/OSI

Lớp hướng tới ứng dụng

 Lớp giao dịch

 Cung cấp cấu trúc điều khiển truyền số liệu giữa các ứng dụng (trợ giúp tổng đài, quyền truy cập, chức năng tính cước, …)

 Cho phép 2 máy tính tạo, sử dụng và xóa kết nối

 Có khả năng nhận dạng tên và các chức năng khác (security) cần thiết cho 2 máy tính nối kết qua mạng

 Quan tâm đến các lớp dưới (từ lớp vận chuyển trở xuống)

 Các lớp trên được tích hợp trong hệ điều hành và không cần thiết phải chuẩn hóa

Lớp hướng tới ứng dụng

 Lớp vận chuyển

 Cung cấp dịch vụ thông báo end-to-end cho các lớp trên

 Cung cấp đường ống vận chuyển gói end-to-end cho lớp vận

chuyển

 Bảo đảm dữ liệu được truyền không có lỗi, theo thứ tự và không mất mát, ngắt quãng hoặc dư thừa

 Chịu trách nhiệm đóng gói dữ liệu từ một message lớn thành

nhiều message kích thước nhỏ hơn để gởi đi và tập hợp các

message nhỏ thành một message ban đầu khi nhận được (có khả năng đa hợp)

 Ngắt thông báo thành các gói nhỏ (có kích thước thích hợp) và tập hợp các gói cho lớp mạng

 Đa hợp các giao dịch với cùng các node nguồn/đích

 Tái lập thứ tự các gói tại đích đến

 Khôi phục lỗi, hư hỏng

 Điều khiển dòng từ nguồn đến đích và ngược lại

Lớp phụ thuộc môi trường truyền

dẫn

 Lớp mạng

 Trung chuyển các gói giữa

lớp vận chuyển và lớp liên

kết dữ liệu

 Đánh địa chỉ gói và dịch địa

chỉ luận lý thành địa chỉ vật

lý

 Tìm đường kết nối với máy

tính khác thông qua mạng

 Mỗi node chứa một mođun

lớp mạng cộng với một

mođun lớp liên kết dữ liệu

cho một liên kết

Lớp phụ thuộc môi trường truyền

dẫn

 Lớp liên kết dữ liệu

 Chịu trách nhiệm truyền dẫn một cách tin cậy

(error-free) các gói dữ liệu của lớp mạng thông qua một liên

kết đơn

 Đóng khung: xác định đầu và cuối các gói

 Phát hiện lỗi: xác định gói nào có lỗi đường truyền

 Sửa lỗi: cơ chế truyền lại (Automatic Repeat Request (ARQ))

Lớp phụ thuộc môi trường truyền

dẫn

 Lớp vật lý

 Điều khiển việc truyền dữ liệu (chuỗi các bit) thực sự trên

cáp/mạng

 Định nghĩa tín hiệu điện, trạng thái đường truyền, mã hóa thông tin và kiểu kết nối được sử dụng

 Thời gian trễ truyền

 Thời gian t/h truyền từ nguồn đến đích

 T/h truyền với vận tốc xấp xỉ vận tốc ánh sáng C=3x108 m/s

 Ví dụ

 vệ tinh GEO d=40.000km  trễ truyền 1/8 s;

 cáp Ethernet d=1km  trễ truyền 3µs

 Lỗi truyền

 Suy giảm công suất t/h

 Suy giảm do nhiễu

 Mô hình kênh truyền đơn giản: kênh nhị phân đối xứng (Binary Symetric Channel)

 P: xác suất lỗi 1 bit

 Lỗi xảy ra độc lập

 Thực tế, lỗi xảy ra thành chùm

Truyền dữ liệu qua mô hình mạng OSI

Presentation layer Session layer Application layer

Transport layer Network layer Datalink layer Physical layer

Application process

Presentation layer Session layer Application layer

Transport layer Network layer Datalink layer Physical layer Application process

Data network Network environment OSI environment

Dữ liệu được truyền qua mạng OSI

So sánh mô hình OSI và TCP/IP

So sánh mô hình OSI và TCP/IP

Đọc thêm

(6th edition), Prentice Hall 1999, chapter 1

 comp.dcom.*

 comp.protocols.tcp-ip