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

Học viện cơng nghệ bưu viên thơng Khoa Viễn Thơng TIỂU LUẬN HỌC PHẦN CƠNG NGHỆ TRUYỀN TẢI QUANG Các lớp khách hàng 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 - Nhóm tiểu luận Hà Nội- 2021 Mục lục Thuật ngữ viết tắt Chương 1: Giới thiệu thông tin 1.1 Xác suất 1.1.1 Khái niệm xác suất 1.1.2 Đại lượng ngẫu nhiên phân bố xác suất 1.2 Lượng tin nguồn rời rạc 1.2.1: Nguồn tin rời rạc 1.2.2: Lượng tin riêng, lượng tin tương hỗ, lượng tin có điều kiện 1.2.3 Tính chất lượng tin .8 1.2.4 Lượng tin trung bình 1.2.5 Entropy nguồn rời rạc 1.2.5.1 khái niệm entropy 10 1.2.5.2 Tính chất Entropy 10 1.2.6 Tốc độ lập tin nguồn 10 1.3 Kết luận chương .10 Chương 2: Các lớp khách hang lớp quang 11 2.1 Ethernet 11 2.1.1 Khái niệm 11 2.1.2 Các đặc tính 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 .12 2.1.3 Cấu trúc khung 13 2.1.4 Ứng dụng 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 Ethernet 15 2.2 Internet Protocols 16 2.2.1 Khái niệm hoạt động IP 16 2.2.2 Định tuyến 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 NIC Network Interface Card MAC Media Access Control CSMA/CD Carrier-sense multiple access VLAN VNPs IP PPP SONET TCP UDP with collision detection Virtual Local Area Network Virtual Private Networks Internet Protocol Point-to-point protocol Synchronous Optical Networking Transmission Control Protocol User Datagram Protocol Mạng cục Card giao diện mạng Điều khiển truy nhập phương tiện Đa truy nhập nhận biết sóng mang phát xung đột Mạng cục ảo Các mạng riêng ảo Giao thức internet Giao thức điểm tới điểm Mạng quang đồng Giao thức điều khiển truyền nhận Giao thức liệu người dùng CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ THÔNG TIN 1.1 Xác suất 1.1.1 Khái niệm xác suất * Không gian mẫu (Sample space): Là tập hay không gian tất kết có thí nghiệm thường ký hiệu S E Nếu khơng gian mẫu rời rạc S biểu điển S = { S1, S2, Sn} * Sự kiện (Event), kiện (Elementary event): Mỗi phần tử S (không gian mẫu) gọi kiện bản, tập S gọi kiện Ví dụ: Trong thí nghiệm tung xúc sắc tập giá trị xuất S = {1, 2, 3, 4, 5, } Ở đây, giá trị xuất số lượng điểm chấm có mặt ngửa xúc sắc chúng gọi kiện Khí gieo số xúc sắc tập giá trị S xuất xuất kiện Chẳng hạn kiện A việc xuất hai giá trị A ={2,4} Sự kiện bù A kí hiệu A tập hợp gồm phần tử S không thuộc A Hai kiện gọi bù trừ chúng không chứa giá trị chung Hợp kiện kiện chứa tất giá trị có hai kiện Phép hợp kí hiệu ‘U’ Ví dụ C={ 1,2,6} D= A u C ={1,2,4,6} Giao kiện kiện chứa giá trị chung hai kiện Giao kí hiệu ‘ n ’ Ví dụ: E={ 3,4,6} H=E n D={4,6} *Định nghĩa xác suất: Thực phép thử n lần Gỉa sử kiện A xuất m lần Khi m gọi tần số kiện A tỷ số m gọi tần suất xuất kiện A loạt phép thử Cho số phép thử tăng lên vô hạn , tần suất xuất kiện A dần số xác định gọi xác suất xuất kiện A, kí hiệu P(A) xác định sau (2-1) Ví dụ: Một xạ thủ bắn 100 viên đạn vào bia, có 70 viên bắn trúng bia Khi xác suất xạ thủ bắn trúng bia 70/100 = 70% Điều kiện : =< P(A) =< Nếu có tập kiện loại trừ Ai= 1,2, Thuộc tập S Xác suất xuất kiện hợp theo công thức * Sự kiện đồng thời xác suất đồng thời: Sự kiện đồng thời kiện mà hai kiện riêng đồng thời xuất Cụ thể: thực phép thử làm xuất kiện A, j = 1,2, n phép thử thứ hai làm xuất kiện B,, j = 1,2, m phép thử đồng thời làm xuất kiện đồng thời (A B,), j =1,2, ,n, j= I,2, ,m Ứng với kiện đồng thời khả xuất gọi xác suất xuất đồng thời P(A,„B;) * Xác suất có điều kiện: Gỉa thiết thực nghiệm đồng thời xác định kiện đồng thời với xác suất P(A,B) Khi thực nghiệm, giả thiết kiện B đẫ xuất cần xác định xác suất xuất kiện A Xác suất gọi xác suất có điều kiện kiện A với điều kiện B xuất định nghĩa: V™ \ ỉ ~ — _- AS) Tương tự, xác suất có điều kiện kiện B với điều kiện kiện A xuất hiện: JP(B IA) = P(A) Với điều kiện P(A) >0 P(B)>0 ta có: P(A B) = P(A).P(BI 4) = P(BỴP(A I B) Công thức Bayes: Nếu kiện Ai, i=1,2, n loại trừ B kiện xuất đồng thời với kiện Ai P(B)>0 thì: , í>(B\A,j.P(A,) = ?=0 + Tính chất 2: Entropy khơng nguồn có ký hiệu có xác suất xuất tất ký hiệu lại có xác suấ xuất khơng + Tính chất 3: Entropy có giá trị cực đại tất ký hiệu có xác suất 1.2.6 Tốc độ lập tin nguồn Thông số thống kê thứ nguồn entropi, tùy thuộc vào cấu trúc truyền thống nguồn Tốc độ tạo tin phụ thuộc vào tính chất vật lý nguồn quán tính, độ phân biệt, Thống kê thứ hai nguồn tin la lượng tin mà nguồn tạo đơn vị thời gian gọi tốc độ lập tin nguồn, ký hiệu R R = ní; H(X) (bit/sec) Với n0 số ký hiệu mà nguồn tạo đơn vị thời gian - Để có tốc độ lập tin lớn với n0 ( nguồn vật lý ) cố định, cần H(X)max - Để H( X)max phải thay đỏi cấu trúc thống kê nguồn phương pháp mã hóa thống kê 1.3 Kết luận chương I Trong chương này, thơng tin q trình ngẫu nhiên, tín hiệu mang tin tức tín hiệu ngẫu nhiên, nên lý thuyết xác suất q trình ngẫu nhiên cơng cụ toán học để nghiên cứu hệ thống truyền tin Chúng ta tìm hiểu sở lý thuyết, phép xử lý tin tức khối nguồn tin: Định lượng tin tức, Khái niệm Xác suất thống kê, lượng tin nguồn rời rạc, khái niệm Entropy, CHƯƠNG 2: CÁC LỚP KHÁCH HÀNG CỦA LỚP QUANG 2.1 Ethernet 2.1.1 Khái niệm Ethernet tạo từ thập niên 1970 để trở thành liên kết liệu chuyển mạch gói, kết nối máy vi tính thiết bị máy vi tính Nó dễ lắp đặt, quản lý, trì chi phí mạng thấp Ethernet phát triển bao gồm nhiều cấu trúc liên kết khác (dạng điểm đến điểm, dạng tuyến, dạng hình sao, dạng lưới), thích ứng với đa dạng phương tiện viễn thơng vật lý (cáp đồng trục, cáp xoắn đôi, phương tiện vô tuyến) sợi quang Ethernet có nhiều tốc độ truyền tải khác nhau, ngày điển hình kể đến 10 Mbps, 100 Mbps (Fast Ethernet), Gbps (Gigabit Ethernet), 10 Gbps (10 Gigabit Ethernet) Đây công nghệ mạng cục (LAN) nhanh chóng trở thành mạng cục chiếm ưu công nghệ lớp liên kết So với cơng nghệ mạng LAN khơng dây, Ethernet thường bị gián đoạn - cho dù nhiễu sóng vơ tuyến, trở ngại vật lý hay băng thông Ethernet cung cấp mức độ bảo mật kiểm sốt mạng tốt so với cơng nghệ không dây (các thiết bị phải kết nối cáp vật lý), người ngồi gặp khó khăn truy cập liệu mạng hay cố gắng điều hướng băng thông cho thiết bị không cung cấp 2.1.2 Các đặc tính Ethernet 2.1.2.1 Điều khiển truy nhập phương tiện Trong mạng Ethernet ban đầu, máy tính gắn với cáp đồng trục mạng card giao diện mạng (NIC), NIC có địa Ethernet 6byte gán nhà sản xuất Mỗi nút truyền gói tin cáp tín hiệu truyền tất nút thu lại Cáp đồng trục liên kết truyền thông quảng bá hiệu Tuy nhiên, việc nút truyền đồng thời gây cản trở việc truyền tin bên khác gây xung đột truyền dẫn, gây lãng phí băng thơng Ethernet có giao thức điều khiển truy nhập phương tiện (MAC) phân định việc truyền dẫn nút Khi nút có gói tin cần truyền đi, lắng nghe liên kết Nếu phát liên kết rỗi khơng có việc truyền tải nào, truyền gói tin lắng nghe liên kết Nếu phát có xung đột dừng việc truyền dẫn để tránh lãng phí băng thơng Sau cố gắng truyền lại gói tin sau trì hỗn chọn ngẫu nhiên, nhiều khả xác nút truyền lại trước nút khác Một nút thực việc truyền lại nút khác phát có truyền tải lại đợi tới đường dẫn rỗi Để đạt hiệu cao thời gian phát có xung đột phải ngắn thời gian truyền gói tin Từ đó, khoảng thời gian trì hỗn để tránh xung đột không đáng kể so với khoảng thời gian truyền thành cơng gói tin Độ trì hỗn có phát xung đột phụ thuộc lớn vào độ trì hồn tuyền dẫn qua cáp, điều lại phụ thuộc vào chiều dài cáp Do vậy, lần trì hỗn phát xung đột rút ngắn ta giới hạn chiều dài cáp 2.1.2.2 Liên kết điểm đến điểm Một ứng dụng quan trọng Ethernet giống liên kết điểm đến điểm kết nối nút cuối Khi triển khai với cáp xoắn đôi quang sợi, Ethernet có lựa chọn hoạt động liên kết song công Hiệu suất thiện có kênh sử dụng đồng thời Do đó, CSMA/CD khơng cịn cần thiết nốt cuối khơng cản trở việc truyền dẫn 2.1.2.3 Mạng cục Ethernet công nghệ mạng cục chiếm ưu Cấu hình mạng cục Ethernet phổ biện cấu trúc liên kết dạng hình có hub kết nối phân đoạn Ethernet Cấu trúc liên kết thuận lợi quản lý cơng việc quản lý mạng thực nơi Nó phù hợp với hạ tầng viễn thơng tịa nhà văn phòng đồng thời cải thiện chất lượng tín hiệu cách lặp lại tái tạo tín hiệu Một đặc tính quan trọng khác Ethernet mạng cục ảo (VLAN) Nó cho phép chia sẻ băng thơng mạng tới nhóm nút, từ nhóm liên lạc thơng qua mạng VLAN nhóm Một mạng VLAN có dạng riêng biệt gọi thẻ Các gói mạng VLAN Ethernet có trường dành cho thẻ nên gói phân biệt với Cơng nghệ mạng VLAN dùng để triển khai mạng riêng ảo (VNPs) Ngồi ra, gói mạng cục ảo Ethernet cịn có trường ưu tiên để hỗ trợ chất lượng dịch vụ 2.1.3 Cấu truc khung *Cấu trúc khung Ehternet: PR E S F D D A S A Leng th/ Payload FC S Preamble (PRE): byte mẫu xen kẽ số số (10101010) dùng để phần mở đầu khung dùng để đồng hóa Start-of-frame delimiter (SFD): Byte mẫu xen kẽ số số kết thúc với hai số liên tiếp (10101011) cho thấy nơi bắt đầu phần lại khung Destination address (DA): Địa Ethernet byte điểm đích khung Source address (SA): Địa byte Ehternet nguồn gốc khung Length/Type: byte chiều dài trường liệu byte kiểu loại khung Nếu giá trị gần hoàn tồn 1500 byte thể chiều dài trường liệu Nếu giá trị lớn 1536 loại khung tùy chọn, giá trị cho thấy kiểu loại khung Payload: Đây trọng tải khung có giá trị từ 46 đến 1500 byte Nếu người dùng Ethernet có 46 byte gửi payload nhồi thêm để tròn 46 byte Frame check sequence (FCS): byte kiểm tra dư thừa theo chu kỳ cho khung loại trừ PRE SFD *Cấu trúc khung Ethernet mạng cục ảo (VLAN): PR E S P D D A S A VLAN header Leng th? Payload FC S Đây khung có trường VLAN header byte chèn trường SA trường length/type Hai byte trường VLAN header nằm vị trí trường length/type cấu trúc khung Ethernet Giá trị (8100 thuộc hệ thập lục phân) khung khung VLAN Hai byte trường VLAN header chứa thẻ VLAN 12 bit, cờ bit đặt trường ưu tiên bit Giá trị trường ưu tiên cho thấy mức độ ưu tiên khung từ mức (thấp nhất) đến mức (cao nhất) 2.1.4 Ứng dụng Ethernet 2.1.4.1 Sử dụng Ethernet cho hệ thống an ninh giám sát diện rộng với độ tin cậy cao Ngày có nhiều tổ chức đảm bảo an ninh cho cách ứng dụng hệ thống an ninh giám sát hệ thống kiểm soát vào điện tử cho sở vật chất, hạ tầng Các hệ thống này, công cộng tư gia, phát triển rầm rộ năm gần Các hệ thống giám sát sử dụng cụm văn phịng, khu cơng nghiệp, trường đại học, siêu thị bán lẻ, hệ thống giao thông công cộng, nơi mà an ninh đặt lên hàng đầu Cùng với diện rộng rãi sản phẩm an ninh, có camera, hệ thống thơng tin liên lạc, thiết bị kiểm soát vào ra, hệ thống báo động điều khiển chúng ngày có kết cấu phức tạp Thách thức đặt để đảm bảo tất thiết bị sử dụng chung tảng truyền thông Ethernet lựa chọn đương nhiên: Đây giao thức truyền thơng chứng minh có khả cung cấp dịch vụ nhanh đáng tin cậy Để đảm bảo độ tin cậy tối đa, cần xem xét cẩn thận cấu trúc liên kết mạng, băng thơng thích hợp hệ thống dự phòng 2.1.4.2 Ứng dụng cho trạm cấp cứu Thiết bị chuyển mạch bền có vai trị quan trọng hệ thống báo động cấp cứu đồn công an, trạm cứu hỏa trạm y tế Thiết bị thường sử dụng trường đại học, trung tâm thương mại, cơng viên khu vui chơi giải trí khu đô thị khác 2.1.4.3 Các trạm kết nối Các trạm thường bảo mật liên kết với thông qua cấu trúc liên kết sợi quang tốc độ cao Các cáp quang biến chuyển mạch phải tương thích Liên kết với khoảng cách nhỏ 300 mét sử dụng cáp sợi quang đa chế độ biến nặng đầu nút Liên kết 300 mét nên sử dụng sợi cáp quang chế độ đơn chuyển đổi chế độ đơn Việc lựa chọn cáp phải thực với tư vấn nhà cung cấp với hiểu biết đầy đủ cách thức cáp triển khai khoảng cách xác liên kết Các nhà cung cấp chuyển mạch nên biệt chủng loại độ dài cáp để họ cung cấp biên thích hợp cho ứng dụng 2.1.5 Đánh giá Ethernet *Ưu điểm: - Tốc độ truyền tải tối đa, không bị hạn chế tốc độ so với Wifi, khoảng cách xa, giúp bạn dễ dàng download tài liệu, tải phần mềm, chơi game online, - Ít phải chia sẻ mạng so với wifi bạn dùng riêng đường kết nối từ modem, router tới máy tính bạn thơng qua cổng Ethernet *Nhược điểm: - Chi phí lắp đặt, chiều dài cáp lớn, phụ thuộc vào khoảng cách modem tới máy tính người dùng - Dễ bị ảnh hưởng tác động ngoại lực bị cắt, chuột cắn, đứt ngầm thời tiết, 2.2 Internet Protocol (IP) 2.2.1 Khái niệm hoạt động IP Ngày giao thức internet (IP) công nghệ mạng diện rộng sử dụng phổ biến IP công nghệ mạng giao thức thiết kế để hoạt động phía nhiều lớp thấp Đây lý quan trọng cho thành công lan rộng IP FTP HTTP SSH SMTP NFS SNMP Ethernet MAC Applicatiữns TCP UDP Transport layer IP Netvvork layer ppp HDLC GF p RPR Ethernet PHY Coaxial/twisted pair cable Optical layer OTN layer SONET layer Data link layer Physical layer Hình cho thấy IP bên khuôn dạng cấu trúc phân lớp Các lớp liên kết liệu truyền thống thông qua mà IP hoạt động Ethernet giao thức điểm tới điểm (PPP) IP hoạt động thông qua chuỗi tuyến tốc độ thấp khác tuyến sợi quang tốc độ cao sử dụng giao thức lớp liên kết liệu biết Rất nhiều kiến trúc phân lớp có khả đưa IP lớp quang Thuật ngữ IP thông qua WDM thường dùng để ám việc xếp có khả Ví dụ hình cho thấy bổ sung gói tin thơng qua SONET Tại đây, gói tin đưa vào khung PPP mã hóa thành khung SONET để truyền tải thơng qua bước sóng IP ẼPẼ HDLC-like íraming SONET Optical (WDM) IP với việc trở thành giao thức lớp mạng chưa đảm bảo tin cậy chuỗi tuyền tải liệu từ nguồn tới đích Cơng việc thực giao thức vận chuyển, tiêu biểu giao thức điều khiển truyền nhận (TCP) Một giao thức vận chuyển khác thường sử dụng cho tin đơn giản truyền tải thông qua IP giao thức liệu người dùng (UDP) Đây giao thức vận chuyển sử dụng cho phương tiện phát trực tiếp 2.2.2 Định tuyến chuyển tiếp: IP giao thức chuyển mạch gói có mặt sớm IP truyền tải thơng tin dạng gói tin Một router IP yếu tố mạng chủ chốt mạng IP Một router chuyển tiếp gói tin từ đường dẫn đến lên đường dẫn Hình minh họa cách gói tin chuyển tiếp mạng IP Bản chất việc định tuyến tảng IP Mỗi router trì bảng định tuyến Mỗi bảng định tuyến có nhiều cổng vào cho router đích mạng Cổng vào router cho ta biết nút gần với router tới gói tin cần gửi Một router ý tới tới phần header gói tin tới Phần header chứa đựng danh tính router đích danh cho gói tin Tiếp theo router tra cứu bảng định tuyến để định nút kết tiếp cho gói tin chuyển tiếp gói tin đường dẫn hướng tới nút Trong hình trên, giả sử gói tin từ nút dành cho nút Nút xem bảng định tuyến chuyển gói tin tới nút Nút chuyển tiếp gói tin tới nút nút chuyển gói tin tới điểm đích sau nút Các mạng IP thường cung cấp dịch vụ mô tả “đã cố gắng hết sức” IP cố gắng để đưa gói tin từ nguồn tới đích Tuy nhiên, gói tin khác cần router khác thơng qua mạng lưới có độ trễ ngẫu nhiên, vài gói tin thất lạc xảy nghẽn mạng Đây thách thức lớn nỗ lực cải thiện tình trạng IP để đảm bảo chất lượng dịch vụ với người dùng 2.2.3 Chất lượng dịch vụ Mạng IP theo truyền thống cung cấp dịch vụ “nỗ lực tối đa” IP cố gắng để đưa gói tin từ nguồn đến đích Tuy nhiên, gói khác theo tuyến đường khác qua mạng gây chậm trễ ngẫu nhiên, số gói bị xếp chồng lên có tắc nghẽn mạng Trong IP, chế gọi Diff-Serv (các dịch vụ khác biệt) đề xuất Trong DiffServ, gói nhóm thành lớp khác nhau, với loại lớp tiêu đề IP Loại lớp định cách gói xử lý định tuyến Các gói đánh dấu chuyển tiếp nhanh (EF) xử lý hàng đợi riêng chuyển qua nhanh Một số mức độ ưu tiên bổ sung chuyển tiếp đảm bảo (AF) định AF có hai thuộc tính: xy Thuộc tính x thường hàng đợi gói giữ định tuyến trước chuyển đổi Thuộc tính y cho biết tùy chọn thả cho gói Các gói có y = có khả bị loại bỏ cao so với gói có y =1 Trong Diff-Serv cố gắng giải vấn đề QoS, khơng cung cấp phương pháp end-to-end để đảm bảo QoS Ví dụ, chúng tơi khơng thể xác định trước có đủ băng thông mạng để xử lý luồng lưu lượng với yêu cầu độ trễ thời gian thực 2.3 Kết luận chương II Ở chương II, tìm hiểu lớp khách hàng lớp truyền tải quang, cụ thể sâu tìm hiểu Ethernet giao thức IP ( Internet Protocol) Ethernet bắt đầu mạng cục (LAN) sử dụng cáp đồng trục Ngày nay, sử dụng tất phương tiện truyền thông vật lý bao gồm cáp xoắn đôi, không dây cáp quang Ethernet trải dài liên kết liệu lớp vật lý IP bao phủ, khơng phải lớp khách thích hợp lớp quang Nó nằm lớp mạng khơng truyền trực tiếp qua đường dẫn quang Tuy nhiên, cơng nghệ truyền gói tin chiếm ưu cho nhiều ứng dụng bao gồm Internet, phần lớn lưu lượng thực mạng quang lưu lượng IP Vì vậy, điều quan trọng phải hiểu IP mạng quang phải hỗ trợ hiệu lưu lượng Ngồi ra, số ý tưởng giao thức IP áp dụng để thiết kế mạng quang Tài liệu tham khảo: TLTK 1.1- Giaso trình - Lythuyettruyentin- Trần Thị Ngân TLTK 2.1 Rajiv Ramaswani Kuman Silvaraja I Perspective- Morgan Kaufmann(2009) Giao trình Cơng Nghệ Truyền Tải Quang - HVCNBCVT ... khơng phải lớp khách thích hợp lớp quang Nó nằm lớp mạng không truyền trực tiếp qua đường dẫn quang Tuy nhiên, cơng nghệ truyền gói tin chiếm ưu cho nhiều ứng dụng bao gồm Internet, phần lớn lưu... định trước có đủ băng thơng mạng để xử lý luồng lưu lượng với yêu cầu độ trễ thời gian thực 2.3 Kết luận chương II Ở chương II, tìm hiểu lớp khách hàng lớp truyền tải quang, cụ thể sâu tìm hiểu... tắc nghẽn mạng Trong IP, chế gọi Diff-Serv (các dịch vụ khác biệt) đề xuất Trong DiffServ, gói nhóm thành lớp khác nhau, với loại lớp tiêu đề IP Loại lớp định cách gói xử lý định tuyến Các gói