TIỂU LUẬN HỌC PHẦN CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI QUANG các lớp khách hàng trong mạng truyền thông quang

Xác suất này gọi là xác suất có điều kiện của sự kiện A với điều kiện B đã xuất hiện và được định nghĩa: Tương tự, xác suất có điều kiện của sự kiện B với điều kiện sự kiện A đã xuất hiệ

Học viện công nghệ bưu chính viễn thông

Khoa Viễn Thông 1

TIỂU LUẬN HỌC PHẦN CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI QUANG

Các lớp khách hàng trong mạng truyền thông quang

Giảng viên : Cao Hồng Sơn

Nhóm sinh viên thực hiện:

Hoàng Xuân Quang B18DCVT331 Đoàn Văn Phúc B18DCVT323

Hà Minh Sơn B18DCVT347

Nhóm học 4 – Nhóm tiểu luận 5

Hà Nội- 2021

Mục lục

Thuật ngữ viết tắt……… 3

Chương 1: Giới thiệu về thông tin……….4

1.1 Xác suất……….4

1.1.1 Khái niệm về xác suất……… 4

1.1.2 Đại lượng ngẫu nhiên và phân bố xác suất………… 6

1.2 Lượng tin của nguồn rời rạc……… 8

1.2.1: Nguồn tin rời rạc……… 8

1.2.2: Lượng tin riêng, lượng tin tương hỗ, lượng tin có điều kiện……….8

1.2.3 Tính chất lượng tin……… 8

1.2.4 Lượng tin trung bình……… 8

1.2.5 Entropy của nguồn rời rạc……… 9

1.2.5.1 khái niệm entropy……… 10

1.2.5.2 Tính chất của Entropy……… ……10

1.2.6 Tốc độ lập tin của nguồn……… 10

1.3 Kết luận chương I……….10

Chương 2: Các lớp khách hang của lớp quang……… … 11

2.1 Ethernet……… 11

2.1.1 Khái niệm……….11

2.1.2 Các đặc tính của ethernet……….…11

2.1.2.1 Điều khiển truy nhập phương tiện………… 11

2.1.2.2 Liên kết điểm đến điểm……… 12

2.1.2.3 Mạng cục bộ……… 12

2.1.3 Cấu trúc khung……….13

2.1.4 Ứng dụng của ethernet……….14

2.1.4.1 Sử dụng ethernet cho hệ thống an ninh giám sát diện rộng với độ tin cậy cao……… …14

2.1.4.2 Ứng dụng cho trạm cấp cứu…… ……… …14

2.1.4.3 Các trạm kết nối………….……… ……15

2.1.5 Đánh giá về Ethernet……… 15

2.2 Internet Protocols……… 16

2.2.1 Khái niệm và hoạt động của IP………16

2.2.2 Định tuyến và chuyển tiếp……… ….18

2.2.3 Chất lượng dịch vụ……….… 19

2.3 Kết luận chương II ……… 19

Thuật ngữ viết tắt

LAN Local Area Network Mạng cục bộ

NIC Network Interface Card Card giao diện mạng

MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập phương tiện

CSMA/CD Carrier-sense multiple access

with collision detection

Đa truy nhập nhận biết sóng mang phát hiện xung đột

VLAN Virtual Local Area Network Mạng cục bộ ảo

VNPs Virtual Private Networks Các mạng riêng ảo

IP Internet Protocol Giao thức internet

PPP Point-to-point protocol Giao thức điểm tới điểm

SONET Synchronous Optical

Networking

Mạng quang đồng bộ

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền nhận

UDP User Datagram Protocol Giao thức dữ liệu người dùng

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ THÔNG TIN

1.1 Xác suất

1.1.1 Khái niệm về xác suất

* Không gian mẫu (Sample space):

Là tập hay không gian tất cả các kết quả có thể có của một thí nghiệm và thường được ký hiệu là S hoặc E Nếu không gian mẫu là rời rạc thì S có thể biểu điển bằng

S = { S1, S2, Sn}

* Sự kiện (Event), sự kiện cơ bản (Elementary event):

Mỗi phần tử của S (không gian mẫu) được gọi là một sự kiện cơ bản, mỗi tập con của S được gọi là một sự kiện

Ví dụ: Trong thí nghiệm tung một con xúc sắc thì tập các giá trị có thể xuất

hiện là S = {1, 2, 3, 4, 5, 6 } Ở đây, mỗi giá trị xuất hiện chính là số lượng

điểm chấm có trên mặt ngửa của con xúc sắc và chúng được gọi là sự kiện cơ

bản Khí gieo một số con xúc sắc thì một tập con các giá trị của S sẽ xuất hiện

và sự xuất hiện này là một sự kiện Chẳng hạn sự kiện A là việc xuất hiện hai

giá trị 2 và 4 thì A ={2,4}

Sự kiện bù của A được kí hiệu là ´A là một tập hợp con gồm các phần tử của S nhưng không thuộc A Hai sự kiện được gọi là bù trừ nhau nếu chúng không chứa một giá trị chung nào

Hợp của 2 sự kiện là sự kiện chứa tất cả các giá trị có trong hai sự kiện Phép hợp kí hiệu là ‘∪’ Ví dụ C={ 1,2,6} thì D= A ∪ C ={1,2,4,6}

Giao của 2 sự kiện là sự kiện chứa các giá trị chung trong hai sự kiện Giao được kí hiệu là ‘∩’ Ví dụ: E={ 3,4,6} thì H=E ∩ D={4,6}

*Định nghĩa xác suất:

Thực hiện phép thử n lần Gỉa sử sự kiện A xuất hiện m lần Khi đó m được gọi là tần số của sự kiện A và tỷ số m n được gọi là tần suất xuất hiện sự kiện A trong loạt phép thử Cho số phép thử tăng lên vô hạn , tần suất xuất hiện sự kiện A dần về một

số xác định được gọi là xác suất xuất hiện sự kiện A, kí hiệu là P(A) được xác định như sau

Ví dụ: Một xạ thủ bắn 100 viên đạn vào bia, có 70 viên bắn trúng bia Khi đó xác suất xạ thủ bắn trúng bia là 70/100 = 70%

Điều kiện : 0 =< P(A) =< 1

Nếu có một tập các sự kiện loại trừ nhau Ai= 1,2,… Thuộc tập S Xác suất xuất hiện của sự kiện hợp theo công thức

* Sự kiện đồng thời và xác suất đồng thời:

Sự kiện đồng thời là sự kiện mà hai sự kiện riêng đồng thời xuất hiện

Cụ thể: nếu thực hiện một phép thử làm xuất hiện sự kiện A, ¡ = 1,2, n và phép thử thứ hai làm xuất hiện sự kiện B,, j = 1,2, m thì phép thử đồng thời

sẽ làm xuất hiện sự kiện đồng thời (A B,), ¡ =1,2, ,n, j= I,2, ,m

Ứng với mỗi sự kiện đồng thời này là một khả năng xuất hiện của nó và được gọi là xác suất xuất hiện đồng thời P(A,„B;)

* Xác suất có điều kiện:

Gỉa thiết rằng một thực nghiệm đồng thời đã được xác định và sự kiện đồng thời với xác suất P(A,B) Khi đang thực nghiệm, giả thiết sự kiện B đẫ xuất hiện và cần xác định xác suất xuất hiện sự kiện A Xác suất này gọi là xác suất có điều kiện của sự kiện A với điều kiện B đã xuất hiện và được định nghĩa:

Tương tự, xác suất có điều kiện của sự kiện B với điều kiện sự kiện A đã xuất hiện:

Với điều kiện P(A) >0 hoặc P(B)>0 ta có:

Công thức Bayes: Nếu các sự kiện Ai, i=1,2,…n là loại trừ nhau và B là một

sự kiện xuất hiện đồng thời với các sự kiện Ai và P(B)>0 thì:

* Tính độc lập thống kê của các sự kiện

Tính độc lập thống kê của sự kiện là một khái niệm quan trọng trong lý thuyết xác suất Xét hai sự kiện A và B xác suất có điều kiện của chúng là P(A|B) và P(B|A) Gỉa thiết sự xuất hiện của sự kiện A không phụ thuộc và

sự xuất hiện của sự kiện B thì :

Xác suất đồng thời là tích trực tiếp của hai hai xác suất thành phần

1.1.2 Đại lượng ngẫu nhiên và phân phối xác suất

* Đại lượng ngẫu nhiên:

Đại lượng ngẫu nhiên là đại lượng biến đổi biểu thị giá trị kết quả của một phép thử ngẫu nhiên Ta dung các chữ cái hoa như X, Y, Z,… để kí hiệu đại lượng ngẫu nhiên

* Đại lượng ngẫu nhiên rời rạc:

Đại lượng ngẫu nhiên được goi là rời rạc nếu nó chỉ nhận một số hữu hạn hoặc một

số vô hạn đếm được các giá trị Đại lượng ngẫu nhiên X nhận các giá trị Xn là X=

xn và xác suất X nhận giá trị xn là P(X=xn)

* Đại lượng ngẫu nhiên liên tục:

Đại lượng ngẫu nhiên được gọi là liên tục nếu các giá trị có thể của nó lấp đầy một khoảng trên trục số

* Hàm mật độ xác suất:

Hàm mật độ xác suất của đại lượng ngẫu nhiên liên tuc X là hàm không âm f(x), xác định với mọi x ∈ ( −∞ , ∞¿ và thỏa mãn:

với mọi tập số thực B

- Tính chất hàm mật độ xác suất:

* Hàm phân phối xác suất:

Hàm phân phối xác suất của đại lượng ngẫu nhiên X kí hiệu F(x) là hàm được định nghĩa như sau:

Nếu X là đại lượng ngẫu nhiên rời rạc nhận các giá trị có thể x1, x2,… xn thì:

Nếu X là đại lượng ngẫu nhiên liên tục có hàm mật độ xác suất f(x) thì

- Ý nghĩa: Hàm phân phối xác suất F(x) phản ánh mức độ tập trung xác suất

về bên trái của điểm x

- Tính chất của hàm phân phối xác suất:

1.2 Lượng tin của nguồn rời rạc

1.2.1 Nguồn tin rời rạc

Định nghĩa: Nguồn tin rời rạc là nguồn tin tạo ra các tin ( biến ngẫu nhiên) dưới

dạng rời rạc x1, x2,…xn Ký hiệu (Xi) là phần tử nhỏ nhất chứa thông tin

Bộ ký hiệu là tập hợp tất cả các kí hiệu có thể còn được gọi là bảng chữ cái X= {x1,x2,…xn}

Từ là tập hợp hữu hạn các kí hiệu ( trong trường hợp đặc biệt mỗi từ có thể chỉ chứa một kí hiệu) Bộ từ là tập hợp tất cả các từ mà bộ ký hiệu có thể tạo ra, nguồn rời rạc đặc trưng bởi xác suất {X, p(x)}, X={ x1,x2,…xn}

Nguồn rời rạc không nhớ là nguồn rời rạc mà xác suất xuất hiện một ký hiệu không phụ thuộc vào các ký hiệu xuất hiện trước

Trong đó x n ∈ X là một ký hiệu nào đó của bộ ký hiệu X do nguồn tạo ra tại thời điểm n

Nguồn rời rạc có nhớ là nguồn rời rạc mà xác suất xuất hiện một ký hiệu phụ thuộc vào một hay nhiều ký hiệu đã xuất hiện trước nếu khả năng nhớ của nguồn đủ lớn

Nguồn dừng là nguồn rời rạc mà xác suất xuất hiện các ký hiệu không phụ thuộc vào gốc thời gian mà chỉ phụ thuộc vào vị trí tương quan giữa các ký hiệu, có nghĩa :

Nguồn có tốc độ thông tin điều khiển được là nguồn có thể tạo ra các tin với tốc độ phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài nguồn và không có các ràng buộc nội tại về mặt thời gian trong việc tạo ra các tin

Nguồn có tốc độ thông tin không điều khiển được là nguồn tạo ra các bản tin với tốc

độ cố định, không điều khiển được từ bên ngoài nguồn, tốc độ này là một tính chất nội tại của nguồn Ví dụ trong trường hợp này là nguồn rời rạc tạo ra khi lấy mẫu một tín hiệu liên tục theo thời gian Các mẫu được tạo ra liên tục nhau, cách nhau một khoảng thời gian cố định phụ thuộc vào các tín hiệu liên tục

1.2.2 Lượng tin riêng, lương tin tương hỗ, lượng tin có điều kiện

Lượng tin của mỗi tin x i ∈ X là I(x i) = -log p(x i¿, được gọi là lượng tin riêng của tin

x i Nếu một nguồn X thông qua một phép biến đổi trở thành nguồn Y, thì phép biến đổi đó có thể không phải là môt- một Trong quá trình truyền lan trong kênh, nhiễu phá loại làm cho một tin x i ∈ X có thể chuyển thành một tin yi bất kì trong nguồn Y

ở đầu ra của kênh với những xác suất chuyển đổi khác nhau tùy theo tính chất của nhiễu trong kênh

1.2.3 Tính chất của lượng tin

+ Tính chất 1: Lượng tin riêng của một tin xi bao giờ cũng lớn hơn lượng tin tương

hỗ trong một tin khác yj

Khi xi và yj độc lập thống kê với nhau thì lượng tintuowng hỗ bằng không

Nếu từ yj xác định đươc xj thì lượng tin tương hỗ cực đại, lượng tin riêng chính là lượng tin tương hỗ cực đại

+ Tính chất 2: Lượng tin riêng là một đại lượng không âm vì p(xi) <= 1, nhưng lượng tin tương hỗ có thể dương hoặc âm

+ Tính chất 3: Lượng tin của một cặp (xiyj) bằng tổng lượng tin riêng của từng tin trừ đi lượng tin tương hỗ giữa chúng

Khi chúng độc lập thống kê với nhau thì lượng tin tương hỗ với nhau bằng không, khi đó:

1.2.4 Lượng tin trung bình

Nguồn tin là tập hợp các tin Lượng tin riêng chỉ có ý nghĩa với một tin nào đó nhưng không thể phản ánh được tin tức của nguồn tin I(xi) đánh giá được về mặt tin tức của một tin xi khi nó đứng riêng rẽ, nhưng không thể dùng để đánh giá về mặt tin tức của một tập hợp trong đó xi tham gia

Ví dụ: Một nguồn tin chỉ gồm có hai tin X={ x1, x2} với xác suất xuất hiện là p(xi)

= 99%, p(x2) = 1% Khi nhận được một kí hiệu của nguồn, người ta có thể cầm chắc đến 99% là tin xi và có thể xem như là một tin đã biết trước Ta có công thức định nghĩa lượng tin trung bình:

- Lượng tin trung bình là lượng tin tức trung bình chứa trong một ký hiệu bất kì của nguồn đã cho

Đối với ví dụ trên lượng tin trung bình của nguồn là :

- Lượng tin tương hỗ không mang đầy đủ ý nghĩa thực tế cần thiết, nó chỉ cho biết lượng tin về một ký hiệu cho chứa trong một ký hiệu xác định, cho biết sự ràng buộc thống kê nào giữa cặp (x,y) Công thức lượng tin tương hỗ trung bình:

- Lượng tin trung bình có điều kiện là lượng I(X|Y) là lượng tin trung bình của một tin bất kì của X khi đã biết một tin bất kỳ của Y và được xác định như sau:

Ta có quan hệ giữa các lượng tin trung bình:

1.2.5 Entropy của nguồn rời rạc

1.2.5.1 Khái niệm Entropy

Khi chúng ta nhận được một tin, độ bất ngờ về tin đó được giải thoát ( tin đã biết,

độ bất ngờ bằng 0), đồng thời nhận được một lượng tin Vì vậy độ bất ngờ lượng tin

về số đo nhưng trái ngược nhau về ý nghĩa vật lý

Độ bất ngờ của tin x i là :

Độ bất ngờ trung bình của một nguồn tin sẽ là:

Độ bất ngờ H(X) được gọi là Entropy của nguồn, được đo bằng lượng tin trung bình của các tin do nguồn phát ra

1.2.5.2 Tính chất của Entropy

+ Tính chất 1: Entropy là một đại lượng luôn luôn không âm H(X) >=0

+ Tính chất 2: Entropy sẽ bằng không khi nguồn có một ký hiệu có xác suất xuất hiện bằng một và tất cả các ký hiệu còn lại có xác suấ xuất hiện bằng không

+ Tính chất 3: Entropy có giá trị cực đại khi tất cả các ký hiệu có cùng xác suất

1.2.6 Tốc độ lập tin của nguồn

Thông số thống kê cơ bản thứ nhất của nguồn là entropi, nó tùy thuộc vào cấu trúc truyền thống của nguồn Tốc độ tạo ra các tin phụ thuộc vào tính chất vật lý của nguồn như quán tính, độ phân biệt,…

Thống kê cơ bản thứ hai của nguồn tin la lượng tin mà nguồn tạo ra trong một đơn

vị thời gian còn gọi là tốc độ lập tin của nguồn, ký hiệu là R

Với n0 là số ký hiệu mà nguồn tạo ra trong một đơn vị thời gian

- Để có tốc độ lập tin lớn nhất với n0 ( nguồn vật lý ) cố định, cần H(X)max

- Để H( X)max thì phải thay đỏi cấu trúc thống kê của nguồn bằng các

phương pháp mã hóa thống kê

1.3 Kết luận chương I

Trong chương này, vì thông tin là một quá trình ngẫu nhiên, tín hiệu mang tin tức cũng chính là tín hiệu ngẫu nhiên, nên lý thuyết xác suất và quá trình ngẫu nhiên cũng chính là công cụ toán học để nghiên cứu các hệ thống truyền tin Chúng ta đã

tìm hiểu về các cơ sở lý thuyết, các phép xử lý tin tức ở khối nguồn tin: Định lượng tin tức, Khái niệm cơ bản về Xác suất thống kê, lượng tin nguồn rời rạc, khái niệm

về Entropy,…

CHƯƠNG 2: CÁC LỚP KHÁCH HÀNG CỦA LỚP QUANG 2.1 Ethernet

2.1.1 Khái niệm

Ethernet đã được tạo ra từ thập niên 1970 để trở thành một liên kết dữ liệu chuyển mạch gói, kết nối các máy vi tính và thiết bị của máy vi tính Nó rất dễ lắp đặt, quản lý, duy trì và chi phí mạng thấp Ethernet đã phát triển và bao gồm nhiều cấu trúc liên kết khác nhau (dạng điểm đến điểm, dạng tuyến, dạng hình sao, dạng lưới), thích ứng với đa dạng phương tiện viễn thông vật lý (cáp đồng trục, cáp xoắn đôi, phương tiện vô tuyến) và cả sợi quang Ethernet có nhiều tốc độ truyền tải khác nhau, ngày nay điển hình có thể kể đến là 10 Mbps, 100 Mbps (Fast Ethernet), 1 Gbps (Gigabit Ethernet), 10 Gbps (10 Gigabit Ethernet) Đây là một trong những công nghệ mạng cục bộ (LAN) đầu tiên và đã nhanh chóng trở thành mạng cục bộ chiếm ưu thế cũng như là công nghệ lớp liên kết chính

So với công nghệ mạng LAN không dây, Ethernet thường ít bị gián đoạn hơn – cho

dù là do nhiễu sóng vô tuyến, trở ngại vật lý hay băng thông Ethernet cũng cung cấp mức độ bảo mật và kiểm soát mạng tốt hơn so với công nghệ không dây (các thiết bị phải được kết nối bằng cáp vật lý), người ngoài sẽ gặp khó khăn khi truy cập

dữ liệu mạng hay khi cố gắng điều hướng băng thông cho các thiết bị không được cung cấp

2.1.2 Các đặc tính của Ethernet

2.1.2.1 Điều khiển truy nhập phương tiện

Trong mạng Ethernet ban đầu, các máy tính được gắn với cáp đồng trục của mạng bằng một card giao diện mạng (NIC), mỗi một NIC có một địa chỉ Ethernet 6-byte duy nhất được gán bởi nhà sản xuất Mỗi nút có thể truyền một gói tin trên cáp

và tín hiệu truyền đi sẽ được tất cả các nút thu lại Cáp đồng trục đã từng là một liên kết truyền thông quảng bá hiệu quả Tuy nhiên, việc các nút truyền đồng thời có thể gây cản trở việc truyền tin của bên khác gây ra sự xung đột truyền dẫn, gây lãng phí băng thông

Ethernet có một giao thức điều khiển truy nhập phương tiện (MAC) sẽ phân định việc truyền dẫn giữa các nút Khi một nút có một gói tin cần truyền đi, nó sẽ lắng nghe liên kết trên Nếu phát hiện liên kết đang rỗi hoặc không có việc truyền tải nào, nó sẽ truyền đi gói tin của mình trong khi đang lắng nghe liên kết Nếu phát hiện có xung đột thì sẽ dừng việc truyền dẫn để tránh lãng phí băng thông Sau đó

nó sẽ cố gắng truyền lại gói tin sau khi sự trì hoãn đã được chọn ngẫu nhiên, và nhiều khả năng chính xác một trong các nút sẽ truyền lại trước các nút khác Một khi nút này thực hiện việc truyền lại thì các nút khác sẽ phát hiện có sự truyền tải và

sẽ lại đợi tới khi đường dẫn đang rỗi

Để đạt được hiệu quả cao thì thời gian phát hiện có xung đột phải ngắn hơn thời gian truyền gói tin Từ đó, khoảng thời gian trì hoãn để tránh xung đột sẽ không đáng kể so với khoảng thời gian truyền thành công các gói tin Độ trì hoãn khi có sự phát hiện xung đột thì phụ thuộc rất lớn vào độ trì hoàn khi tuyền dẫn qua cáp, điều này lại phụ thuộc vào chiều dài của cáp Do vậy, những lần trì hoãn khi phát hiện xung đột sẽ được rút ngắn đi nếu ta giới hạn chiều dài của cáp

2.1.2.2 Liên kết điểm đến điểm

Một ứng dụng quan trọng của Ethernet là nó giống như một liên kết điểm đến điểm kết nối 2 nút cuối cùng Khi triển khai với cáp xoắn đôi và quang sợi, Ethernet

có một lựa chọn là hoạt động như một liên kết song công Hiệu suất sẽ được cái thiện do có các kênh đều có thể được sử dụng đồng thời Do đó, CSMA/CD không còn cần thiết vì các nốt cuối sẽ không cản trở việc truyền dẫn của nhau nữa

2.1.2.3 Mạng cục bộ

Ethernet là công nghệ mạng cục bộ chiếm ưu thế hơn cả Cấu hình mạng cục

bộ Ethernet phổ biện hiện nay là cấu trúc liên kết dạng hình sao có một bộ hub ở chính giữa kết nối các phân đoạn của Ethernet Cấu trúc liên kết này rất thuận lợi khi quản lý vì mọi công việc quản lý mạng có thể thực hiện ở cùng một nơi Nó rất phù hợp với hạ tầng viễn thông của các tòa nhà văn phòng và đồng thời còn cải thiện chất lượng tín hiệu bằng cách lặp lại hoặc tái tạo tín hiệu