Slide.Kỹ Thuật Truyền Số Liệu

Sơ đồ khối hệ thống truyền số liệu Thiết bị đầu cuối số liệu phát Thiết bị biến đổi số liệu phát Thiết bị đầu cuối số liệu thu Thiết bị ghi nhận Nguồn tin Thiết bị biến đổi số li

Kỹ thuật Truyền Số Liệu

GV: Lê Nam Dương TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

KHOA KỸ THUẬT & CÔNG NGHỆ

Giới thiệu môn học

 Động lực

 Sự phát triển công nghệ máy tính

 Nhu cầu truyền dữ liệu, trao đổi thông tin

 Mục đích

 Tiếp cận hệ thống truyền dữ liệu

 Phương pháp, nghi thức truyền

 Tìm hiểu một số mạng truyền dữ liệu hiện nay

Tài liệu tham khảo

 Data and Computer Communications – William Stallings

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

 Kỹ thuật truyền số liệu – Phạm Ngọc Đĩnh

 Truyền số liệu và mạng truyền số liệu –

Nguyễn Hồng Sơn

 Truyền số liệu và mạng thông tin số-Trần

Nội dung môn học

 Tổng quan về truyền số liệu

 Môi trường truyền dẫn

 Các kỹ thuật cơ bản trong truyền dữ liệu

 Nghi thức liên kết dữ liệu

 Mạng truyền số liệu

Chương 1:Tổng quan về truyền số liệu

 Mô hình hệ thống truyền dữ liệu

 Mạng truyền số liệu

 Kiến trúc truyền số liệu dùng máy tính

1.1 Mô hình hệ thống truyền dữ liệu

Mô hình hệ thống truyền dữ liệu

 Source system – hệ thống nguồn

 Source – nơi chứa nguồn tin để gửi

 Transmitter – bộ dùng để phát nguồn tin ra môi trường truyền dẫn

 Destination system – nơi nhận dữ liệu

 Receiver – bộ dùng để thu nhận thông tin

 Destination – nơi cuối cùng thu nhận tin

 Medium – Evironment transmission

Sơ đồ khối hệ thống truyền số liệu

Thiết bị đầu cuối số liệu phát

Thiết bị biến đổi số liệu phát

Thiết bị đầu cuối số liệu thu

Thiết bị ghi nhận

Nguồn

tin

Thiết bị biến đổi số liệu thu

Kênh thông tin

Thiết bị đầu cuối số liệu phát: Mã hoã tin tức thành các từ mã tương ứng, ngoài ra có thể mã hoá thứ cấp như mã chống nhiễu, mã nén, mã mật, ghi lên các thiết bị ghi tin Khi phát, đọc các thông tin từ thiết bị ghi tin thành tín hiệu số liệu là các chuỗi xung dòng môït chiều theo quy luật của các từ mã.

Thiết bị biến đổi số liệu phát

Thiết bị biến đổi số liệu phát: Biến đổi tín hiệu số liệu thành tín hiệu cấp 2 phù hợp với kênh truyền

Kênh thông tin

Kênh thông tin: Thực hiện ghép kênh Truyền dẫn tín hiệu từ đầu thu tới đầu phát, theo một độ suy hao cho phép

Nhiễu

Nhiễu: Tác động xấu lên kênh thông tin, là nguyên nhân gây sai sót trong thông tin

Thiết bị biến đổi số liệu thu

Thiết bị đầu cuối số liệu thu

Thiết bị đầu cuối số liệu thu: Có nhiệm vụ ngược lại với các thiết bị tương ứng ở đầu phát

Thiết bị ghi nhận

Thiết bị ghi nhận: Lưu giữ và tái tạo lại các thông tin trên các thiết bị ghi tin như đĩa từ, băng từ,

màn hình theo yêu cầu của người sử dụng

Nguyên lý hoạt động

 Nguồn tin nguyên thủy cần truyền như văn bản, số liệu, âm

thanh, hình ảnh đưa vào thiết bị đầu cuối qua thiết bị ngoại vi

 Tại đây tin tức được mã hoá thành các từ mã nguồn Tuỳ theo yêu cầu của hệ thống mà có thể tiếp tục mã hoá lại, như mã chống

nhiễu, mã nén, mã mật… Và có thể lưu trữ trên các ổ đĩa

 Các từ mã được chuyển thành tín hiệu số liệu, gọi là tín hiệu cấp

1, sau đó được đưa đến thiết bị chuyển đổi số liệu, tại đây chuyển thành tín hiệu cấp 2 phù hợp với kênh truyền và có khả năng

ghép kênh

 Tín hiệu truyền trên kênh sẽ bị tiêu hao và chịu tác động của

nhiều nguồn gây nhiễu Do vậy, trong truyền số liệu người ta phải

Sơ đồ hệ thống truyền số liệu

bằng Modem Dail-up

Mạng viễn thông

Cổng COM

RS232 Line

Phone



MODEM Dial up

MODEM Dial up

 Phone

Cổng COM

RS232

Line

Các chức năng cơ bản của hệ thống

 Kiểm soát trao đổi

 Phát hiện và sửa lỗi

 Đánh địa chỉ và chọn đường

 Phục hồi

 Khuôn dạng thông báo

Bảo mật

Sử dụng hạ tầng truyền thông

 Hạ tầng viễn thông có giá thành cao

 Nhiều NSD, nhiều thiết bị chia sẻ một đường truyền, một

cơ sở hạ tầng viễn thông

 Cần cơ chế sử dụng (truy cập)đường truyền sao cho:

 Nếu đường truyền rỗi và có thiết bị muốn truyền tin, thiết bị đó phải được truyền tin (tính công bằng)

 Hiệu suất sử dụng lớn nhất(thời gian chết của đường truyền nhỏ nhất)

 Kỹ thuật:

 kiểm soát đa truy cập, dồn kênh, tách kênh, kiểm soát tắc nghẽn

Giao diện, phát tín hiệu, đồng bộ

 Thiết bị giao tiếp với môi trường truyền tin thông qua

một giao diện

 Giao diện chung cho nhiều đường truyền, nhiều tín

hiệu-> giá thành rẻ

 Chuẩn hóa các giao diện

 Dữ liệu được truyền bằng tín hiệu trong môi trường

Kiểm soát trao đổi

 Cần xác định các qui tắc mà các thực thể tham gia truyền tin phải tuân theo

 Các thực thể cần phối hợp với nhau để truyền tin

 Tín hiệu lan truyền có thể bị lỗi, dẫn đến lỗi trong dữ liệu

 Cần phát hiện và điều chỉnh các lỗi đó

 Thông tin dư thừa

 Truyền lại

 Kiểm soát luồng dữ liệu: Tránh mất dữ liệu khi một trạm, một nút nào đó bị quá tải, không đủ khả năng

Đánh địa chỉ, chọn đường, phục hồi

 Khi môi trường truyền tin bị chia sẻ bởi hơn 2 thiết bị, cần phải phân biệt các thiết bị đó với nhau

Định dạng dữ liệu, bảo mật

 Định dạng dữ liệu

 Thỏa thuận giữa hai thực thể truyền thông về khuôn dạng

dữ liệu

 Các thông tin điều khiển có thể được bổ sung

 Dữ liệu có thể được tổ chức thành các thông báo, gói tin, khung dữ liệu, … thích hợp với cách thức truyền tin

Quản trị mạng truyền thông

 Cấu hình thiết bị

 Kiểm soát trạng thái của hệ thống

 Phản ứng khi có sự cố, quá tải, tắc nghẽn

 Phòng, phát hiện và xử lý xâm nhập

 Dự phòng phát triển

Wide-Area Network

Destination system Source system

mitter

Trans mission System

Receiver ination Dest

Local-Area Network

Mạng diện rộng WAN

 Mạng diện rộng 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 (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 xác suất 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 radio gói (packet radio net.)

Mạng vệ tinh (satellite net.)

1.3 Sự chuẩn hóa các mô hình

 Mô hình OSI

 Mô hình TCP/IP

Mô hình OSI

cơ bản Mô hình không dành riêng cho phần mềm hoặc phần cứng nào OSI

miêu tả các chức năng của mỗi lớp

nhưng không cung cấp phần mềm hoặc thiết kế phần cứng để phục vụ cho mô hình này Mục đích sau cùng của mô

hình là cho khả năng hoạt động tương

Network Layer Datalink Layer Physical Layer

Real System Environment

Mô hình OSI

 Phát triển bởi tổ chức tiêu chuẩn quốc tế (ISO)

 7 tầng

 Ứng dụng: Giao diện cho NSD truy cập+các dịch vụ phân tán

 Trình diễn: Trao đổi dữ liệu với các biểu diễn khác nhau

 Phiên: Cơ chế kiểm soát trao đổi thông tin giữa các CT theo

phiên làm việc

 Giao vận: Trao đổi thông tin tin cậy giữa hai hệ thống đầu cuối

 Mạng: Cung cấp dịch vụ trao đổi thông tin không phụ thuộc cách kết nối+trạm trung gian+công nghệ chuyển tiếp

 Liên kết dữ liệu: Truyền dữ liệu tin cậy hiệu quả giữa hai trạm kết nối trực tiếp

Lớp ứng dụng

 Cho phép người dùng (user), là người hay phần mềm,

truy cập vào mạng Lớp này cung cấp giao diện cho

người dùng và hỗ trợ dịch vụ như thư điện tử, remote file access and transfer, shared database management,

và các dạng dịch vụ phân phối dữ liệu khác

L7 data

User

Lớp trình bày

 Cung cấp định dạng dữ liệu, được dùng để truyền

dữ liệu giữa các máy tính nối mạng (chuyển đổi mã

ký tự, mã hoá ký tự, nén dữ liệu …)

L7 data From application layer

Presentation layer Encoded, encrypted, and

compressed data H6

L7 data

To application layer

Presentation layer Decoded, decrypted, and

decompressed data H6

Lớp giao dịch

 Cung cấp cơ chế điều khiển truyền thông điệp giữa các ứng dụng(trợ giúp danh bạ, quyền truy nhập, chức năng tính

cước…)

 Cho phép hai ứng dụng tạo và sử dụng và xoá kết nối

 Nhận dạng tên, bảo mật, phục hồi cần thiết cho hai máy tính kết nối qua mạng

L6 data From presentation layer

Session layer

Lớp vận chuyển

 Cung cấp cơ chế trao đổi dữ liệu giữa hai hệ thống

 Cung cấp dịch vụ gởi thông điệp

 Đảm bảo truyền không lỗi, theo thứ tự, …

 Đóng gói dữ liệu (tập hợp nhiều gói nhỏ)

 Phân chia dữ liệu (phân chia gói lớn)

L5 data

H4 H4

H4

Transport

layer

L4 data L4 data L4 data

From session layer

L5 data

H4 H4

H4

Transport layer

L4 data L4 data L4 data

To session layer

Hình 9

Lớp mạng

 Trung chuyển dữ liệu giữa lớp Transport và lớp Data Link

 Đánh địa chỉ gói và dịch địa chỉ luận lý

 Tìm đường kết nối máy tính khác thông qua mạng

 Không cần thiết khi kết nối hai máy trực tiếp

H3

L4 data

H3

L4 data From Transport layer To transport layer

Network layer

Network layer Packet

Packet

Hình 7

Lớp liên kết dữ liệu

(error free) các gói của liên kết mạng

trên một liên kết đơn

 Đóng khung: xác định đầu và cuối của các gói

 Phát hiện lỗi: xác định gói nào có lỗi trên đường truyền

 Sửa lỗi: cơ chế truyền lại

 Điều khiển truy cập: xác định thiết bị nào nắm quyền được kết nối tại một thời điểm

H2 T2

L3 data

10101000000010

H2 T2

Hình 6

Lớp vật lý

 Phụ thuộc vào môi trường truyền dẫn

 Điều khiển việc truyền dữ liệu(chuỗi các bit) thực

sự trên cáp mạng

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

From data link layer To data link layer

Physical layer

Physical layer

L2 data

10101000000010

L2 data

10101000000010

Quá trình truyền đồng cấp

L7 data

H6 L7 data L6 data H5 L5 data H4 L4 data H3 L3 data H2 T2

01010101010110101000001000

7 6 5 4 3 2 1

7 6 5 4 3 2 1

L7 data

H6 L7 data L6 data H5 L5 data H4 L4 data H3 L3 data H2 T2

01010101010110101000001000

Transmission medium

Truyền dữ liệu qua mô hình OSI

Truyền dữ liệu qua mô hình OSI

Mô hình TCP/IP

 Xây dựng trên cơ sở

 hai giao thức chính TCP/IP

 Mạng chuyển mạch gói thử nghiệm ARPANET

Mô hình TCP/IP

 Trao đổi dữ liệu giữa thiết bị và mạng truyền

 cung cấp chức năng tìm đường giữa hai thiết bị trong cùng một network

 Yêu cầu các dịch vụ từ mạng truyền

 Đảm bảo nhận dữ liệu tín cậy giữa hai ứng dụng

 Chắc chắn dữ liệu đi đúng đến đích và đúng thứ tự gởi

 Lớp ứng dụng

 Cung cấp các dịch vụ để truy cập mạng

Dữ liệu truyền qua TCP - IP

So sánh giữa TCP/IP và OSI

So sánh giữa TCP/IP và OSI

Câu hỏi ôn tập chương I

Chương 2: Môi trường Truyền dẫn

 Khái niệm về tín hiệu

 Các nhân tố ảnh hưởng đến việc truyền số liệu

 Môi trường truyền dẫn

2.1 Khái niệm về tín hiệu

 Thông tin: nội dung, ý nghĩa của một sự kiện, một đối tượng, một quá trình

 Tín hiệu: sự biến đổi các thông số của một quá trình vật lý theo quy luật của tin tức

 Tín hiệu là một hàm của thời gian s(t)

 Ví dụ:

 Tín hiệu âm thanh, tiếng nói là sự thay đổi áp suất không khí theo thời gian

 Tín hiệu ảnh là hàm độ sáng theo không gian và thời gian

 Tín hiệu điện là sự thay đổi của điện áp, dòng điện,…

Phân loại tín hiệu

 Tín hiệu liên tục

 Thay đổi mịn theo thời gian

 Tín hiệu rời rạc

 Thay đổi từng mức theo thời gian

 Tín hiệu tuần hoàn

 Lặp lại theo thời gian

 Tín hiệu không tuần hoàn

Khái niệm tín hiệu về tần số

 Tín hiệu chứa nhiều thành phần tần số khác nhau

 Một thành phần là hài sin tuần hoàn

 Bất cứ tín hiệu nào (digital, analog) đều có thể biểu diễn bởi tổ hợp các hàm tuần hoàn

 Biểu diễn tín hiệu theo tần số

 Trục hoành: giá trị tần số

 Trục tung: biên độ hài tần tương ứng

Khái niệm tín hiệu về tần số

Tần số, phổ, băng thông

 Phổ - spectrum

 Hình ảnh của tín hiệu trong miền tần số

 Tầm tần số chứa trong tín hiệu

Khái niệm về dữ liệu

 Các thực thể chứa đựng thông tin

Khái niệm về tín hiệu

 Tín hiệu điện hoặc điện từ

Truyền dữ liệu và kiểu dữ liệu

 Tín hiệu tương tự mang dữ liệu số

 Tín hiệu số mang dữ liệu tương tự

Truyền dữ liệu và kiểu dữ liệu

Truyền dữ liệu và kiểu dữ liệu

 Truyền tín hiệu tương tự

 Suy giảm tín hiệu theo khoảng cách

 Khuếch đại bao gồm nhiễu (amplifier)

 Không cần quan tâm dữ liệu bên trong t/h

Truyền dẫn số

 Công nghệ số

 LSI, VLSI

 Toàn vẹn dữ liệu

 Repeater không khuếch đại nhiễu

 Truyền khoảng cách xa với những đường truyền kém chất lượng hơn

 Hiệu quả kênh truyền :TDM > FDM

 Bảo mật : dùng kỹ thuật mã hóa

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến truyền tin

 Truyền tin tương tự: méo, giảm chất lượng tín hiệu nhận được

 Truyền tin số: lỗi bit, 0 chuyển thành 1 và ngược lại

 Các yếu tố quan trọng

 Suy hao tín hiệu và méo trên suy hao

 Độ trễ tín hiệu và méo do trễ

Nhiễu

Suy hao tín hiệu

 Tín hiệu nhận được khác với tín hiệu truyền đi

 Analog – suy giảm chất lượng tín hiệu

 Digital – lỗi trên bit

 Suy yếu và méo do suy yếu trên đường truyền

 Méo do trễ truyền

 Nhiễu

Độ suy giảm tín hiệu

 Định nghĩa (signal attenuation)

 Khi một tín hiệu lan truyền qua một môi trường truyền, cường độ (biên độ) của tín hiệu bị suy giảm (theo khoảng cách)

 Tùy thuộc vào môi trường truyền dẫn

 Đối với môi trường vô tuyến, suy giảm cường độ tín hiệu là một hàm phức tạp theo khoảng cách và thành phần khí quyển

 Cường độ tín hiệu nhận phải

 Đủ mạnh để thiết bị nhận nhận biết được

 Đủ cao so với nhiễu để tín hiệu không bị lỗi

 Suy yếu là một hàm tăng theo tần số

 Kỹ thuật cân bằng độ suy yếu trên dải tần số

 Dùng bộ khuyếch đai (khuyếch đại ở tần số cao nhiều hơn)

 Đo bằng đơn vị decibel (dB)

Độ suy giảm tín hiệu

 Đo bằng đơn vị decibel (dB)

 Cường độ t/h suy giảm theo hàm logarit

 Độ lợi/độ hao hụt của các tầng nối tiếp có thể được tính bằng phép toán đơn giản (+/-)

 Công thức

 Attenuation = 10log 10 (P1/P2) (dB)

 P1: công suất của tín hiệu nhận (W)

 P2: công suất của tín hiệu truyền (W)

 Decibel (dB) là giá trị sai biệt tương đối

 Công suất suy giảm ½  độ hao hụt là 3dB

Công suất tăng gấp đôi  độ lợi là 3dB

Trễ lan truyền tín hiệu

 Méo trễ truyền

 Chỉ xảy ra trong môi trường truyền dẫn hữu tuyến

 Vận tốc lan truyền thay đổi theo tần số

 Vận tốc cao nhất ở gần tần số trung tâm

 Các thành phần tần số khác nhau sẽ đến đích ở các thời điểm khác nhau

Nhiễu

 Nhiễu nhiệt: Do dao động nhiệt của các điện tử trong chất

dẫn

 Phân tán đồng nhất trên phổ tần số

 Nhiễu trắng

 Không thể loại bỏ  giới hạn hiệu suất của hệ thống

 Nhiễu trong băng thông 1Hz của bất kỳ chất dẫn nào

Nhiễu

 Nhiễu điều chế

 T/h nhiễu có tần số là tổng hoặc hiệu tần số của các t/h dùng chung môi trường truyền

 Do tính phi tuyến của thiết bị thu/phát

 Nhiễu xuyên kênh (crosstalk)

 T/h từ đường truyền này ảnh hưởng sang các đường truyền khác

 Cùng độ lớn (hoặc nhỏ hơn) nhiễu nhiệt

 Nhiễu xung

 Xung bất thường (spike)

 e.g ảnh hưởng điện từ bên ngoài

 Thời khoảng ngắn

 Cường độ cao

Tốc độ kênh truyền (khả năng kênh)

 C = 2W x log 2 M

 C : tốc độ truyền t/h cực đại (bps) khi kênh truyền không có

nhiễu

 W : băng thông của kênh truyền (Hz)

 M : số mức thay đổi tín hiệu trên đường truyền

 Độ hữu hiệu băng thông: B = R/W (bps HZ -1 )

Tốc độ kênh truyền

Tốc độ kênh truyền

Tốc độ dữ liệu

 Baud rate (baud/s)

 Nghịch đảo của phần tử dữ liệu ngắn nhất (số lần thay đổi tín hiệu

đường truyền mỗi giây)

 Tín hiệu nhị phân tốc độ 20Hz: 20 baud (20 thay đổi mỗi giây)

 Bit rate (bps hoặc bit/s)

 Đặc trưng cho khả năng của kênh truyền

 Tốc độ truyền dữ liệu cực đại trong trường hợp không có nhiễu

 Bằng baud rate trong trường hợp tín hiệu nhị phân

 Khi mỗi thay đổi đường truyền được biểu diễn bằng 2 hay nhiều bit, tốc

độ bit khác với tốc độ baud

 Quan hệ giữa Baud rate và Bit rate

R = R s x log 2 M = R s x m

 R : tốc độ bit (bit/s)

R : tốc độ baud (baud/s)