Bài giảng Chương 1: Giới thiệu về kỹ thuật truyền số liệu

Bài giảng Chương 1: Giới thiệu về kỹ thuật truyền số liệu cung cấp cho các bạn những kiến thức về ứng dụng truyền dữ liệu, mô hình hệ thống truyền dữ liệu, mạng truyền số liệu, kiến trúc truyền số liệu dùng máy tính.

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU

anhph@cse.hcmut.edu.vn

Ứ ng dụng truyền số liệu

 Ứ ng dụng dữ liệu

 Ứ ng dụng âm thanh, tiếng nói.

Sơ đồ khối tổng quát (mô hình Shannon)

Trans-mitter

mission System

Mô hình hệ thống truyền dữ liệu

 Hệ thống truyền dữ liệu ?

 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

Tác vụ của hệ thống truyền dữ liệu

Hệ thống truyền dữ liệu

 Tại sao phải dùng hệ thống truyền dữ liệu

 Tính toán song song

 Tính toán theo mô hình client-server

 Fault tolerance

 Giao dịch cơ sở dữ liệu

 Thư điện tử

Truyền số liệu

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

Des-tination

Wide-Area Network

Destination system Source system

Source Trans

mitter

Trans mission System

Receiver inationDest

Local-Area Network

Mạng truyền số liệu

 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 truyền số liệu

 Một cách phân loại khác

 Mạng chuyển mạch mạch

 Mạng chuyển mạch gói

 Mạng radio gói (packet radio net.)

 Mạng vệ tinh (satellite net.)

 Mạng cục bộ (local net.)

Cấu hình mạng truyền số liệu

Kiến trúc truyền thông máy tính

 Tác vụ giao tiếp được phân nhỏ thành các môđun

 Các mođun được hiện thực trên các lớp khác nhau (trên cả 2 hệ thống)

 Giao tiếp đồng đẳng

 Ứ ng 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

Communication subsystem Application process

Data communication network

Computer-to-network communication

Communication subsystem

Application process

Computer-to-computer communication User-to-user communication

Nghi thức giao tiếp (giao thức)

Tiêu chuẩn hóa

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

 Các tổ chức chuẩn hóa

 Internet Society (ISOC): cộng đồng các tổ chức và cá nhân liên quan đến việc đánh địa chỉ của internet (bao gồm cả IETF, IAB)

 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 754: chuẩn cho số chấm động)

(IEEE- 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 Standardization 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)

 Ư u 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 (Public Switched

Telephone Tetwork)

 X-series: kết nối giữa DTE và PSDN (Public Switched Data Network)

 I-series: kết nối giữa DTE và ISDN (Integrated Services Digital Network)

 Hệ thống DoD

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

 Hệ thống mở

Mô hình 3 lớp

Service Access Point

Nghi thức trong mô hình 3 lớp

Computer Y Computer X

Application Protocol

Transport Protocol

Network access protocol Network access

protocol

Protocol Data Units (PDU)

mỗi lớp

Transport header Transport

Protocol Data Units

Network PDU

Packet Transport PDU

DSAP = Destination Service Access Point DHost = Destination Host

Kiến trúc nghi thức được chuẩn hóa

 Cần thiết để các thiết bị trao đổi dữ liệu

(SNA) của IBM

 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 phải mô hình chính thức, nhưng là một mô hình thực tiễn

Mô hình kiến trúc giao thức TCP/IP

Trans-mitter

mission System

Des-tination

Khái niệm TCP/IP

Mức địa chỉ

 Địa chỉ IP hoặc địa chỉ internet (TCP/IP)

 Network service access point (NSAP – OSI)

 Port number (TCP/IP)

 Service access point (SAP – OSI)

 Quá trình gắn với port 1 trong máy A gởi thông báo tới port 2 trong máy B

 Quá trình trong máy A chuyển message tới TCP để gởi tới máy B

 TCP chuyển xuống IP để gởi cho máy B

 IP chuyển xuống lớp mạng (e.g Ethernet) để gởi tới router J

Dòng dữ liệu trong TCP/IP

User Data

User Data

Application Header

Application Data TCP Header

Application Data TCP Header

IP Header

Application Data TCP Header

IP Header

Ethernet

Header

Ethernet Trailer

Ethernet Application

Mô hình giao tiếp dùng TCP/IP

Token Ring Driver IP TCP

FTP Server

Ethernet Driver IP

TCP

FTP

Client

Token Ring Driver

Token Ring Protocol

Ethernet Protocol

FTP Protocol

TCP Protocol

Router

Nghi thức trong mô hình TCP/IP

BGP = Border Gateway Protocol OSPF = Open Shortest Path First

FTP = File Transfer Protocol RSVP = Resource ReSerVation Protocol

HTTP = Hypertext Transfer Protocol SNMP = Simple Network Management Protocol ICMP = Internet Control Message Protocol SMTP = Simple Mail Transfer Protocol

IGMP = Internet Group Management Protocol TCP = Transmission Control Protocol

IP = Internet Protocol UDP = User Datagram Protocol

MIME = Multi-purpose Internet Mail Extension

Network LayerDatalink LayerPhysical Layer

Real System Environment

OSI-wide standards (e.g network management, security)

Layer N

Layer 1 Physical

Layer 7 Application

Layer N entity

Service from Layer N-1

Service to Layer N+1

Protocol with peer Layer N

Mô hình mạng ISO/OSI

Layer N

Protocol Specification (Precise syntax and semantics for interoperability)

Addressing (Service Access Point)

Service Definition (Functional description for internal use)

Network Network

External

site

External site

Subnet node

Subnet node

Virtual network service

Virtual session

Virtual link for end-to-end messages

Virtual link for end-to-end packages

Virtual link for reliable packages

Physical link Virtual bit pipe

Lớp hướng tới ứng dụng

 Cung cấp cho các ứng dụng các dịch vụ để truy cập mạng

 Cung cấp định dạng dữ liệu được dùng để truyền dữ liệu giữa các

máy tính nối mạng (chuyển đổi mã ký tự, mật mã dữ liệu, nén dữ

liệu, …)

 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

 Các lớp trên được tích hợp trong hệ điều hành và không cần thiết

Lớp hướng tới ứng dụng

 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 thông báo lớn thành nhiều thông báo kích thước nhỏ hơn để gởi đi và tập hợp các thông báo nhỏ thành một thông báo 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

Network layer

DLC layer link 1

DLC layer link 2

DLC layer link 3

Lớp phụ thuộc môi trường truyền

 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

ARQ)

Lớp phụ thuộc môi trường truyền

 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

 Suy giảm công suất t/h

 Suy giảm do nhiễu

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

 Thực tế, lỗi xảy ra thành chùm

Truyền dữ liệu trong 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 networkNetwork environmentOSI environmentReal systems environmentComputer I Computer II

Dòng dữ liệu trong mô hình OSI

Truyền dữ liệu trong mạng OSI

So sánh OSI và TCP/IP

Application

Presentation

Transport Session

Network

Data link

Application

Transport (host-to-host)

Operating system

So sánh mô hình OSI và TCP/IP

DNS Others

ICMP

RARP ARP

IP

Protocol

OSI Reference Model TCP/IP Protocol Suite

Tham khảo

(7th edition), Prentice Hall 2003, chapter 1 & 2

 Web sites for IETF, IEEE, ITU-T, ISO