Vì trường điện từ mang tín hiệu chỉ tồn tại trong khoảng không giữa bên trong và dây dẫn ởphía ngoài, nên nó không bị suy giảm hay chịu ảnh hưởng của phát xạ nhiễm điện từ.. Do đó cápđồn
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT
Khoa Công Nghệ Thông Tin
Bài Tập Lớn Mạng Máy Tính
Đề tài : Môi trường truyền và kiến trúc mạng
Nguyễn Quốc Ánh Đoàn Thị Duyên Nguyễn Thùy Linh Phạm Thanh Thủy
Hà Nội, ngày 17 tháng 3 năm 2012
I Môi trường truyền
Trang 2Cơ sở lý thuyết: Trước đây, khi network mới xuất hịên ở Việt Nam, vì giá thành các thiết
bị mạng như HUB, SWITCH rất đắt tiền, nên khi muốn nối 2 hay nhiều máy tính lại với nhau,các kỹ sự thiết kế mạng ở VN dùng loại cáp đồng trục Cáp này trong lõi chỉ có một sợi dâyđồng, chạy một đường thẳng và có 2 đầu End Point Khi muốn nối với PC, chỉ cần cắt ngay khúcgiữa, nối vào một đầu thành hình chữ T, cứ thế làm cho đến hết Làm cách này đỡ tốn tiền muathiết bị phân nhánh như HuB, SWitch Tuy nhiên, chỉ cần trên đường dây có một sự cố nhỏ thìtốc độ truyền dữ liệu trên dây rất chậm Sau đó, thiết bị phân nhánh trên mạng càng ngày càngđược cải tiến và giá thành giảm Các kỹ sư mạng đã bắt đầu nghĩ tới việc đầu tư cho LAN mộtthiết bị phân nhánh tốt hơn như Hub và Switch Theo đó, cáp mạng cũng thay đổi, không còn làdây Đồng Trục nữa mà là loại dây nhựa, lõi gồm nhiều dây nhỏ khác nhau Việc này góp phầncải tiến tốc độ truyền dữ liệu một cách đáng kể trong mạng LAN Từ maximum 10Mpbs, nay cóthể up lên đến 1Gpbs đối với loại cable CAT 5 (loại thông dụng) hiện nay
1, Tìm hiểu về các loại cáp truyền
1.1, Cáp đôi dây xoắn (Twisted pair cable)
Cấu tạo: Cáp đôi dây xoắn là cáp gồm hai dây đồng xoắn để tránh gây nhiễu cho các đôi dây
khác, có thể kéo dài tới vài km mà không cần khuyếch đại Giải tần cáp dây xoắn đạt khoảng 300– 4000Hz, tốc độ truyền đạt vài Kbps đến vài Mbps
Phân loại: Cáp xoắn có hai loại:
- Loại có bọc kim loại để tăng cường chống nhiễu gọi là STP ( Shield Twisted Pair) Gồmnhiều cặp xoắn được phủ bên ngoài một lớp vỏ làm bằng dây đồng bện Lớp vỏ này có tác dụngchống EMI từ ngoài và chống phát xạ nhiễu bên trong Lớp vỏ bọc chống nhiễu này được nối đất
để thoát nhiễu Cáp xoắn đôi có vỏ bọc ít bị tác động bởi nhiễu điện và truyền tín hiệu xa hơncáp xoắn đôi trần
Trang 3- Loại không bọc kim gọi là UTP (UnShield Twisted Pair): nhiều cặp xoắn như cáp STP nhưngkhông có vỏ đồng chống nhiễu Cáp xoắn đôi trần sử dụng chuẩn 10BaseT hoặc 100BaseT Dogiá thành rẻ nên đã nhanh chóng trở thành loại cáp mạng cục bộ được ưa chuộng nhất Độ dài tối
đa của một đoạn cáp là 100m Do không có vỏ bọc chống nhiễu nên cáp UTP dễ bị nhiễu khi đặtgần các thiết bị và cáp khác do đó thông thường để đi dây trong nhà.Cáp UTP trong lõi gồm có 4cặp dây xoắn với nhau theo từng cặp Bao gồm 1 dây màu và một dây trắng sọc màu đó Bảnthân các cặp dây xoắn cũng được thiết kế xoắn nhau ngay trong lõi nhựa của dây Bên trong lõinhựa còn có các sợi nilon để tránh nhiễm điện cho dây
Cáp UTP được chia làm 5 hạng tuỳ theo tốc độ truyền gồm:
- Loại 1 : truyền âm thanh, tốc độ < 4Mbps
- Loại 2 : cáp này gồm 4 dây xoắn đôi, tốc độ 4Mbps
- Loại 3 : truyền dữ liệu với tốc độ lên đến 10Mbps Cáp này gồm bốn dây xoắn đôi với ba mắtxoắn trên mỗi foot (foot là đơn vị đo chiều dài, 1foot = 0.3048mét)
- Loại 4 : truyền dữ liệu, bốn cặp xoắn đôi, tốc độ đạt được 16Mbps
- Loại 5 : truyền dữ liệu, bốn cặp xoắn đôi, tốc độ 100Mbps
Trang 4Ngoài ra, hiện nay còn có Cáp xoắn có vỏ bọc ScTP-FTP (Screened Twisted-Pair) FTP là loại
cáp lai tạo giữa cáp UTP và STP, có thêm lớp vỏ bọc phía trong giúp chống nhiễu tốt hơn nó hỗtrợ chiều dài tối đa 100m
1.2, Cáp đồng trục (Coaxial cable)
Cấu tạo : Cáp đồng trục gồm :
- Dây dẫn trung tâm : dây đồng hoặc dây đồng bện
- Một lớp cách điện giữa dây dẫn phía ngoài và dây dẫn phía trong
Trang 5- Dây dẫn ngoài : bao quanh dây dẫn trung tâm dưới dạng dây đồng bện, có tác dụng bảo vệdây dẫn trung tâm khỏi nhiễu điện từ và được nối đất để thoát nhiễu.
- Ngoài cùng là một lớp vỏ plastic bảo vệ cáp
Vì trường điện từ mang tín hiệu chỉ tồn tại trong khoảng không giữa bên trong và dây dẫn ởphía ngoài, nên nó không bị suy giảm hay chịu ảnh hưởng của phát xạ nhiễm điện từ Do đó cápđồng trục được sử dụng như một đường truyền tần số cao để truyền tải những tín hiệu cao tầnhoặc một dải rộng tín hiệu
Phân loại : Dây đồng trục có hai loại, loại nhỏ (Thin) và loại to (Thick) Dây cáp đồng trục
được thiết kế để truyền tin cho băng tần cơ bản (Base Band) hoặc băng tần rộng (broadband).Dây cáp loại to dùng cho đường xa, dây cáp nhỏ dùng cho đường gần, tốc độ truyền tin qua cápđồng trục có thể đạt tới 35 Mbit/s.Ngoài ra dây cáp đồng trục còn chia làm 2 loại là loại cứng vàloại dẻo.Loại cứng thì có một lớp bảo vệ dày đặc còn loại dẻo thì là một viền bảo vệ, thường làmột dây đồng.Sự suy giảm và trở kháng của dung môi ảnh cũng có ảnh hưởng quan trọng đếntính năng của cáp Dung môi có thể đặc hoặc rỗng.Tận cùng của cáp là một đầu kết nối RF
Cáp mỏng (thin cable/thinnet) : có đường kính khoảng 6mm, thuộc họ RG-58, chiều dàiđường chạy tối đa là 185m
- Cáp RC-58, trở kháng 50ohm dùng với Ethernet mỏng
- Cáp RC-59, trở kháng 75ohm dùng cho truyền hình cáp
- Cáp RC-62 : trở kháng 93ohm dùng cho ARCnet
Cáp dày (thick cable/thicknet): có đường kính khoảng 13mm thuộc họ RG-58, chiều dàiđường chạy tối đa là 500m
Trang 6o Cáp dài dùng để kết nối các mạng vô tuyến,mạng truyền hình
- Cáp đồng trục vĩ mô được sử dụng trong các thiết bị quân đội,máy quét siêu âm
- Ưu điểm của cáp đồng trục là rẻ tiền, nhẹ, mềm và dễ kéo dây
1.3, Cáp quang:
Cấu tạo : Cáp quang có cấu tạo gồm dây dẫn trung tâm là sợi thủy tinh hoặc plastic đã được
tinh chế nhằm cho phép truyền đi tối đa các tín hiệu ánh sáng Sợi quang được tráng một lớpnhằm phản chiếu các tín hiệu cáp dùng nguồn ánh sáng laser, diode phát xạ ánh sáng
Phân loại :
Các loại cáp quang :
- Loại lõi 8.3micron, lớp lót 125micron, chế độ đơn
- Loại lõi 62.5micron, lớp lót 125micron, đa chế độ
- Loại lõi 50micron, lớp lót 125micron, đa chế độ
- Loại lõi 100micron, lớp lót 140micron, đa chế độ
Theo cách truyền tải cáp quang cũng có hai loại :
- Loại đa mode (multimode fiber): khi góc tới thành dây dẫn lớn đến một mức nào đó thì cóhiện tượng phản xạ toàn phần Các cáp đa mode có đường kính khoảng 50µ
Trang 7- Loại đơn mode (singlemode fiber): khi đường kính dây dẫn bằng bước sóng thì cáp quanggiống như một ống dẫn sóng, không có hiện tượng phản xạ nhưng chỉ cho một tia đi Loại này
có đường kính khoảng 8µm và phải dung diode laser Cáp quang đa mode có thể cho phép truyền
xa tới hàng trăm km mà không cần phải khuyếch đại
Trang 82, Môi trường truyền không dây
Trên một mạng máy tính, các dữ liệu được truyền trên một môi trường truyền dẫn(transmission media), nó là phương tiện vật lý cho phép truyền tải tín hiệu giữa các thiết bị Môitrường truyền dẫn có thể là hữu tuyến như dây cáp đồng trục.cáp xoắn,cáp quang Môi trườngtruyền dẫn có thể là vô tuyến như sóng vô tuyến điện, hồng ngoại…
Phân loại môi trường truyền dẫn không dây
Có hướng :
- Chùm định hướng (focused beam)
- Đòi hỏi sự canh chỉnh cận thận
Vô hướng :
- Tín hiệu lan truyền theo mọi hướng
- Có thể được nhận bởi nhiều anten
Tầm tần số môi trường truyền dẫn không dây
Tần số 2 GHz đến 40 GHz (sóng viba – microwave)
- Sóng lan truyền định hướng cao
- Thích hợp cho truyền điểm-điểm (point to point)
- Được sử dụng trong giao tiếp vệ tinh
Tần số 40 GHz đến 100 GHz
- Sóng lan truyền vô hướng
- Sóng video ( LF, MF, HF, VHF, UHF, SHF, EHF …)
Trang 9- Khắc phục những khó khăn về địa lý
- Tỷ lệ bit lỗi trên đường truyền (BER) thay đổi tùy theo hệ thống được triển khai Ví như: BERcủa vệ tinh 10-10
- Tốc độ truyền từ vài Mbps đến hàng trăm Mbps
- Phạm vi triển khai đa dạng: LAN, WAN
- Chi phí để triển khai hệ thống ban đầu rất cao
Sau đây là một số môi trường truyền dữ liệu vô tuyến đối với mạng máy tính.
- IR có các tính chất tương tự như ánh sáng nhìn thấy được
- Bức xạ IR không thể xuyên qua các cấu trúc mờ đục như tường, trần nhà, phạm vi truyền bịgiới hạn trong căn phòng Điều này mang lại một số khả năng bảo mật nhất định, đồng thời cũngcho phép sử dụng lại dải tần số ở ngay kế bên
- Truyền thông hồng ngoại trong phạm vi phòng bị ảnh hưởng bởi nhiễu xạ và sự tán xạ Đa sốnhiễu trong môi trường IR đều bắt nguồn từ ánh sáng xung quanh, do ánh sáng mặt trời tự nhiênhoặc từ các nguồn ánh sáng nhân tạo khác Ta không thể tăng công suất phát để khắc phục trởngại này vì sẽ làm hại mắt
- Truyền thông hồng ngoại, kiểu truyền trực tiếp đạt được hiệu quả cao nhất vì nó giảm thiểukhả năng suy hao đường truyền và ảnh hưởng của các nguồn sang nhiễu xung quanh
2.2, Sóng radio (vô tuyến)
- Là sóng vô hướng, mang tần số 30 MHz – 1GHz
- Có thể phát ra mọi hướng (nhưng thường không bằng nhau theo mọi hướng)
- Sử dụng trong đài truyền thanh sóng FM, truyền hình UHF và VHF, bộ đàm…
- Nguyên nhân gây nhiễu chính là nhiễu đa luồng, hoặc do một số bức xạ khác có nguyên nhânngoài vũ trụ như: Bão mặt trời…
Trang 102.3, Sóng ngắn (sóng viba)
a) Sóng viba mặt đất
- Sừ dụng chảo parabol (đường kính thường 10 inch) để thu, phát sóng
- Chùm sóng được định hướng theo đường ngắm (line of sight)
- Các chảo parabol thường được gán ở trên cao đẻ truyền nhận
- Khoảng cách tối đa giữa các anten là:
- Vệ tinh là trạm trung chuyển tín hiệu
- Vệ tinh nhận trên một tần số (uplink), khuyếch đại (hoặc lặp lại tín hiệu) và truyền trên mộttần số khác (downlink)
- Thường trong khoảng tần số 1-10 GHz vì:
+ Nếu < 1 GHz: có quá nhiều nhiễu
+ Nếu > 10 GHz : bị hấp thụ bởi tầng khí quyển
- Cặp tần số thu/phát:
+ Cặp 4/6 GHz band (3.7 – 4.2 downlink, 5.925 – 6.425 uplink)
+ Cặp 12/14 GHz band (11.7 -12.2 downlink, 14 – 14.5 uplink)
Trang 11- Tần số cao hơn đòi hỏi tín hiệu phải mạnh để không bị suy giảm, thiết bị thu có thể nhỏ và rẻhơn
- Trễ từ 240-300 ms
Ứng dụng:
- Trong truyền hình
- Điện thoại đường dài
- Mạng thương mại riêng
2.4, Sóng bluetooth
Khái Niệm:
Bluetooth là một đặc tả công nghiệp cho truyền thông không dây tầm gần giữa các thiết bị
điện tử Công nghệ này hỗ trợ việc truyền dữ liệu qua các khoảng cách ngắn giữa các thiết bị diđộng và cố định, tạo nên các mạng cá nhân không dây (Wireless Personal Area Network-PANs)
Đặc điểm:
- Bluetooth có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu 1Mb/s
- Bluetooth hỗ trợ tốc độ truyền tải dữ liệu lên tới 720 Kbps trong phạm vi 10 m–100 m
- Kết nối Bluetooth là vô hướng và sử dụng giải tần 2,4 GHz
- Bluetooth có chuẩn là IEEE 802.15.1
- Bluetooth cho phép kết nối và trao đổi thông tin giữa các thiết bị như điện thoại di động, điệnthoại cố định, máy tính xách tay, PC, máy in, thiết bị định vị dùng GPS, máy ảnh số, và videogame console
Ứng dụng nổi bật:
- Điều khiển và giao tiếp không giây giữa điện thoại di động và tai nghe không dây
Trang 12- Mạng không dây giữa các máy tính cá nhân trong một không gian hẹp đòi hỏi ít băng thông.
- Giao tiếp không dây với các thiết bị vào ra của máy tính, chẳng hạn như chuột, bànphím và máy in
- Truyền dữ liệu giữa các thiết bị dùng giao thức OBEX
- Thay thế các giao tiếp nối tiếp dùng dây truyền thống giữa các thiết bị đo, thiết bị định vịdùng GPS, thiết bị y tế, máy quét mã vạch, và các thiết bị điều khiển giao thông
- Thay thế các điều khiển dùng tia hồng ngoại
- Điều khiển từ xa cho các thiết bị trò chơi điện tử như Wii - Máy chơi trò chơi điện tử thế hệ 7của Nintendo và PlayStation 3 của Sony
- Kết nối Internet cho PC hoặc PDA bằng cách dùng điện thoại di động thay modem
II Kiến trúc mạng:
1 Topo là gì ?
Topo tức là hình thù mạng, bất kì mạng thông tin nào cũng có 2 loại kết cấu topo:
- Topo vật lý: mô tả cấu trúc vật lý của điểm nút mạng
- Topo logic: mô tả sự phân bố dịch vụ giữa 2 điểm nút mạng
2 Topo vật lý
2.1, Định nghĩa và đặc điểm
Topo của mạng là cấu trúc hình học không gian mà thực chất là cách bố trí phần tử của mạngcũng như cách nối giữa chúng với nhau Thông thường mạng có 3 dạng cấu trúc là: Mạng dạngphân cấp, mạng full mesh, mạng partial mesh…
Topo vật lý đóng vai trò chủ yếu là hoạt động kết nối sợi ở thiết bị đầu cuối là hiệu suất chủyếu của mạng Chúng ảnh hưởng đến nhiều chất lượng tín hiệu quang ,hiệu suất quang , lưulượng đưa vào lớn nhất và khả năng tồn tại của mạng
2.2, Các loại cấu trúc mạng
a, Mạng dạng hình sao (Star topology)
Mạng dạng hình sao bao gồm một trung tâm và các nút thông tin Các nút thông tin là cáctrạm đầu cuối, các máy tính và các thiết bị khác của mạng Trung tâm của mạng điều phối mọihoạt động trong mạng với các chức nǎng cơ bản là:
- Xác định cặp địa chỉ gửi và nhận được phép chiếm tuyến thông tin và liên lạc với nhau
- Cho phép theo dõi và sử lý sai trong quá trình trao đổi thông tin
- Thông báo các trạng thái của mạng
Trang 13- Mạng có thể mở rộng hoặc thu hẹp tuỳ theo yêu cầu của người sử dụng.
Nhược điểm:
- Khả nǎng mở rộng mạng hoàn toàn phụ thuộc vào khả nǎng của trung tâm Khi trung tâm có
sự cố thì toàn mạng ngừng hoạt động
- Mạng yêu cầu nối độc lập riêng rẽ từng thiết bị ở các nút thông tin đến trung tâm
- Khoảng cách từ máy đến trung tâm rất hạn chế (100 m)
Nhìn chung, mạng dạng hình sao cho phép nối các máy tính vào một bộ tập trung (HUB haySwitch) bằng cáp xoắn, giải pháp này cho phép nối trực tiếp máy tính với HUB/Switch khôngcần thông qua trục BUS, tránh được các yếu tố gây ngưng trệ mạng Gần đây, cùng với sự pháttriển switching hub, mô hình này ngày càng trở nên phổ biến và chiếm đa số các mạng mới lắp
b, Mạng hình tuyến (Bus Topology)
Theo cách bố trí hành lang các đường như hình vẽ thì máy chủ (host) cũng như tất cả các máytính khác (workstation) hoặc các nút (node) đều được nối về với nhau trên một trục đường dâycáp chính để chuyển tải tín hiệu
Tất cả các nút đều sử dụng chung đường dây cáp chính này Phía hai đầu dây cáp được bịt bởimột thiết bị gọi là terminator Các tín hiệu và gói dữ liệu (packet) khi di chuyển lên hoặc xuốngtrong dây cáp đều mang theo điạ chỉ của nơi đến
Hình minh họa: Topo hình tuyến
Ưu điểm:
- Dùng dây cáp ít, dễ lắp đạt
- Không giới hạn độ dài cáp
Nhược điểm:
- Sẽ gây ra nghẽn mạng khi chuyển lưu lượng dữ liệu lớn
- Khi một trạm trên đường truyền bị hỏng thì các trạm khác cũng ngừng hoạt động
Trang 14c, Mạng dạng vòng (Ring Topology)
Mạng dạng này, bố trí theo dạng xoay vòng, đường dây cáp được thiết kế làm thành mộtvòng khép kín, tín hiệu chạy quanh theo một chiều nào đó Các nút truyền tín hiệu cho nhau mỗithời điểm chỉ được một nút mà thôi Dữ liệu truyền đi phải có kèm theo địa chỉ cụ thể của mỗitrạm tiếp nhận
Ưu điểm:
- Mạng dạng vòng có thuận lợi là có thể nới rộng ra xa, tổng đường dây cần thiết ít hơn so vớihai kiểu trên
Nhược điểm:
- Đường dây phải khép kín, nếu bị ngắt ở một nơi nào đó thì toàn bộ hệ thống cũng bị ngừng
Hình minh họa: Topo hình vòng
d, Mạng dạng kết hợp
- Kết hợp hình sao và tuyến (star/Bus Topology)
+ Cấu hình mạng dạng này có bộ phận tách tín hiệu (spitter) giữ vai trò thiết bị trung tâm, hệthống dây cáp mạng có thể chọn hoặc Ring Topology hoặc Linear Bus Topology
+ Ưu điểm của cấu hình này là mạng có thể gồm nhiều nhóm làm việc ở cách xa nhau,ARCNET là mạng dạng kết hợp Star/Bus Topology Cấu hình dạng này đưa lại sự uyển chuyểntrong việc bố trí đường dây tương thích dễ dàng đối với bất cứ toà nhà nào
