Kỹ thuật truyền số liệu

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU (Dùng cho sinh viên hệ đào tạo đại học từ xa) Lưu hành nội HÀ NỘI - 2007 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU Biên soạn : THS PHẠM NGỌC ĐĨNH LỜI NÓI ĐẦU Kỹ thuật truyền số liệu mảng kiến thức thiếu sinh viên chuyên ngành điện tử viễn thông công nghệ thông tin Đây tảng để nghiên cứu chuyên sâu chuyên ngành Mặc dù mang đậm giải pháp cho dịch vụ số liệu, kỹ thuật truyền số liệu ngày lại xuất phát điểm cho đa dịch vụ xu tất yếu mạng viễn thơng mạng máy tính đại Chúng ta biết khơng có kiến thức sở vững vàng khơng có phát triển ứng dụng tài liệu giúp cho sinh viên trang bị cho kiến thức nhất, thiết thực Cuốn sách khơng hữu ích sinh viên ngành viễn thông công nghệ thông tin, mà cần thiết cho cán kỹ thuật theo học lớp bổ túc hoàn thiện kiến thức Tài liệu gồm chương xếp theo thứ tự chủ đề từ mức vật lý đến giao thức Chương MẠNG TRUYỀN SỐ LIỆU VÀ SỰ CHUẨN HĨA Chương trình bày thành mục xếp sau: Thông tin truyền thông : vấn đề xã hội quan tâm kinh tế kinh tế thông tin , kinh tế trí thức, kinh tế học hỏi, kinh tế số Cái nhìn tổng quát mạng số liệu Tổ chức mạng mạng truyền số liệu đại , Các kỹ thuật dùng để truyền số liệu Những vấn đề chuẩn hóa mơ hình tham chiếu mạng Chương GIAO TIẾP VẬT LÝ VÀ MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DỮ LIỆU Chương bao gồm nội dung : Các loại tín hiệu : Sự suy giảm biến dạng tín hiệu Mơi trường truyền dẫn Chuẩn giao tiếp vật lý Chương GIAO TIẾP KẾT NỐI SỐ LIỆU Chương trình bày thành mục sau: Các khái niệm truyền số liệu Thông tin nối tiếp không đồng Thông tin nối tiếp đồng Mạch điều khiển truyền số liệu Các thiết bị điều khiển Chương CÁC GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN LIÊN KẾT SỐ LIỆU Chương trình bày thành mục xếp sau: Tông quan điều khiển liên kết liệu Các môi trường ứng dụng Các giao thức thiên hướng ký tự Các giao thức thiên hướng bit Chương XỬ LÝ SỐ LIỆU TRUYỀN Chương coc nội dung sau: Mã hóa số liệu mức vật lý Phát lỗi sửa sai Mật mã hóa số liệu Nén số liệu Kỹ thuật truyền số liệu mạng máy tính cục Trong biên soạn có nhiều cố gắng khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng tơi mong bạn đọc xa gần đóng góp ý kiến để nhày hồn thiện Hà Nội, tháng năm 2007 Tác giả CHƯƠNG MẠNG TRUYỀN SỐ LIỆU VÀ SỰ CHUẨN HĨA I PHẦN GIỚI THIỆU Chương trình bày thành mục xếp sau: Thông tin truyền thông : vấn đề xã hội quan tâm kinh tế kinh tế thơng tin , kinh tế trí thức, kinh tế học hỏi, kinh tế số Cái nhìn tổng quát mạng số liệu Tổ chức mạng mạng truyền số liệu đại , Các kỹ thuật dùng để truyền số liệu Những vấn đề chuẩn hóa mơ hình tham chiếu mạng Mục đích : giúp sinh viên thấy rõ vai trị truyền thơng liệu đóng vai trị quan trọng sống người giới văn minh đại Những khái niệm ban đầu cần thiết lĩnh vực thông tin dạng thông tin Phân biệt cách xác thơng tin tín hiệu, gia cơng chế biến tín hiệu cho phù hợp với mục đích phù hợp với đường truyền vật lý, số hóa dạng tín hiệu, Xử lý dạng tín hiệu số Hiểu biết cách tổng quát mạng số liệu để tổ chức truyền mạng cho có hiệu nhất, biết cách sâu sắc kết hợp phần cứng, giao thức truyền thơng thuật tốn tạo hệ thống truyền số liệu đại Yêu cầu : Mỗi sinh viên đọc hiểu chương phải tự đánh giá kiến thức theo vấn đề sau : Tin tức tín hiệu hiểu ? Mơ hình tổng quát hệ thống truyền số liệu Sự kết hợp công nghệ thông tin truyền thông tạo hệ thống truyền số liệu đại mơ hình hệ thống truyền số liệu đại trình bày ? Các kỹ thuật ứng dụng để truyền số liệu mạng số liệu đại chuẩn hóa II NỘI DUNG 1.1 THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Thơng tin liên lạc đóng vai trị quang trọng sống, hầu hết gắn liền với vài dạng thơng tin Các dạng trao đổi tin như: đàm thoại người với người, đọc sách, gửi nhận thư, nói chuyện qua điện thoại, xem phim hay truyền hình, xem triển lãm tranh , tham dự diễn đàn Có hàng nghìn ví dụ khác thơng tin liên lạc, gia cơng chế biến để truyền thông tin số liệu phần đặc biệt lĩnh vực thơng tin Máy tính A Máy tính B Thơng tin user - đến - user AP Hệ thống phục vụ truyền tin AP Thông tin Máy tính - đến – máy tính Hệ thống phục vụ truyền tin Thơng tin máy tính–đến – mạng Mạng truyền số liệu AP = Applicayion process : Quá trình ứng dụng Hình 1.1 Một hệ thống thơng tin Từ ví dụ nhận thấy hệ thống truyền tin có đặc trưng riêng có số đặc tính chung cho tất hệ thống Đặc trưng chung có tính nguyên lý tất hệ thống truyền tin nhằm mục đích chuyển tải thơng tin từ điểm đến điểm khác.Trong hệ thống truyền số liệu, thường gọi thông tin liệu hay thông điệp.Thông điệp có nhiều dạng khác nhau, để truyền thơng điệp từ điểm đến điểm khác cần phải có tham gia thành phần hệ thống: nguồn tin nơi phát sinh chuyển thông điệp lên môi trường truyền, môi trường phương tiện mang thơng điệp tới đích thu Các phần tử yêu cầu tối thiểu trình truyền tin Nếu thành phần không tồn , truyền tin xảy Một hệ thống truyền tin thông thường miêu tả hình Các thành phần xuất dạng khác tuỳ thuộc vào hệ thống Khi xây dựng thành phần hệ thống truyền tin, cần phải xác định số yếu tố liên quan đến phẩm chất hoạt động Để truyền tin hiệu chủ để phải hiểu thơng điệp Nơi thu nhận thơng điệp phải có khả dịch thơng điệp cách xác Điều hiển nhiên giao tiếp hàng ngày dùng từ mà người ta khơng thể hiểu hiệu thơng tin khơng đạt u cầu Tương tự, máy tính mong muốn thơng tin đến với tốc độ định dạng mã thơng tin lại đến với tốc độ khác với dạng mã khác rõ ràng đạt hiệu truyền Các đặc trưng toàn cục hệ thống truyền xác định bị giới hạn thuộc tính riêng nguồn tin, mơi trường truyền đích thu Nhìn chung, dạng thơng tin cần truyền định kiểu nguồn tin, mơi trường đích thu Trong hệ thống truyền, tượng nhiễu có thề xảy tiến trình truyền thơng điệp bị ngắt quãng Bất kỳ xâm nhập không mong muốn vào tín hiệu bị gọi nhiễu Có nhiều nguồn nhiễu nhiều dạng nhiễu khác Hiểu biết nguyên tắc truyền tin giúp dễ dàng tiếp cận lĩnh vực đặc biệt hấp dẫn thơng tin số liệu.Thông tin số liệu liên quan đến tổ hợp nguồn tin , môi trường máy thu kiểu mạng truyền số liệu khác 1.2 CÁC DẠNG THÔNG TIN VÀ XỬ LÝ THÔNG TIN Tất mà người muốn trao đổi với hiểu thông tin thông tin nguyên thuỷ gia công chế biến để truyền khơng gian hiểu tín hiệu Tuỳ theo việc sử dụng đường truyền, tín hiệu tạm chia tín hiệu thành hai dạng : tín hiệu điện-từ tín hiệu khơng phải điện từ Việc gia cơng tín hiệu cho phù hợp với mục đích phù hợp với đường truyền vật lý gọi xử lý tín hiệu Ngày với phát triển công nghệ tin học tạo công nghệ truyền số liệu Máy tính với tính vô to lớn trở thành hạt nhân việc xử lý thông tin, điều khiển trình truy nhập số liệu, máy tính hệ thống thông tin tạo thành hệ thống truyền số liệu Có nguồn thơng tin thơng tin tương tự thơng tin số Trong nguồn thông tin tương tự liên tục theo thay đổi giá trị vật lý thể thông tin với đặc tính chất lượng tiếng nói, tín hiệu hình ảnh , cịn nguồn thơng tin số tín hiệu gián đoạn thể thơng tin nhóm giá trị gián đoạn xác định đặc tính chất lượng quan hệ với thời gian tín hiệu số liệu Thơng tin số có nhiều ưu điểm so với thơng tin tương tự : thơng tin số có nhiều khả chống nhiễu tốt có lặp để tái tạo lại tín hiệu, cung cấp chất lượng truyền dẫn tốt với khoảng cách, kết hợp nguồn dịch vụ có, tạo tổ hợp truyền dẫn số tổng đài số Những phần tử bán dẫn dùng truyền dẫn số mạch tổ hợp sản xuất hàng loạt, mạng liên lạc trở thành mạng thơng minh dễ chuyển đổi tốc độ cho loại dịch vụ khác thay đổi thủ tục, xử lý tín hiệu số (DSP) chuyển đổi phương tiện truyền dẫn Hệ thống thông tin số cho phép thông tin điều khiển cài đặt vào tách dịng thơng tin thực cách độc lập với với chất phương tiện truyền tin ( cáp đồng trục, cáp sợi quang, vi ba, vệ tinh ), Vì thiết bị báo hiệu thiết kế riêng biệt với hệ thống truyền dẫn Chức điều khiển thay đổi mà khơng phụ thuộc vào hệ thống truyền dẫn, ngược lại hệ thống nâng cấp khơng ảnh hưởng tới chức điều khiển đầu đường truyền 1.3 KHÁI QUÁT MẠNG TRUYỀN SỐ LIỆU Ngày với phát triển kỹ thuật công nghệ tạo bước tiến dài lĩnh vực truyền số liệu Sự kết hợp phần cứng, giao thức truyền thơng thuật tốn tạo hệ thống truyền số liệu dại, ký thuật sở dùng chúng xử lý tinh vi Về hệ thống truyền số liệu đại mơ tả hình : Giao tiếp DTE - DCE Giao tiếp DTE - DCE DTE DCE Hệ thống truyền ( nhận) tin DCE Kênh truyền tin DTE Hệ thống nhận ( truyền ) tin Hình 1.2 Mơ hình mạng truyền số liệu đại a) DTE ( Data Terminal Equipment – Thiết bị đầu cuối liệu) Đây thiết bị lưu trữ xử lý thông tin Trong hệ thống truyền số liệu đại thi DTE thường máy tính máy Fax trạm cuối ( terminal) Như tất ứng dụng người sử dụng ( chương trình, liệu ) nằm DTE Chức DTE thường lưu trữ phần mềm ứng dụng , đóng gói liệu gửi DCE nhận gói liệu từ DCE theo giao thức ( protocol) xác định DTE trao đổi với DCE thơng qua chuẩn giao tiếp Như mạng truyền số liệu để nối DTE lại cho phép phân chia tài nguyên , trao đổi liệu lưu trữ thông tin dùng chung b) DCE (Data Circuit terminal Equipment- Thiết bị cuối kênh liệu ) Đây thuật ngữ dùng để thiết bị dùng để nối DTE với đường ( mạng) truyền thơng Modem, Multiplexer, Card mạng thiết bị số máy tính trường hợp máy tính nút mạng DTE nối với mạng qua nút mạng DCE cài đặt bên DTE đứng riêng thiết bị độc lập Trong thiết bị DCE thường có phần mềm ghi vào nhớ ROM phần mềm phần cứng kết hợp với để thực nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu biểu diễn liệu người dùng thành dạng chấp nhận đường truyền Giữa thiết bị DTE việc trao đổi liệu phải tuân thủ theo chuẩn, liệu phải gửi theo Format xác định Thí dụ chuẩn trao đổi liệu tầng mơ hình lớp HDLC ( High level Data Link Control) Trong máy Fax giao tiếp DTE DCE thiết kế tích hợp vào thiết bị, phần mềm điều khiển cài đặt ROM c) Kênh truyền tin Kênh truyền tin môi trường mà thiết bị DTE trao đổi liệu với phiên làm việc DTE C D E F DTE Cáp sợi quang Cáp đồng trục Transducerr Modem Hình 1.3 Kênh thơng tin Trong mơi trường thực hệ thông nối với đoạn cáp đồng trục đoạn cáp sợi quang, modem C để chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự để truyền cáp đồng trục modem D lại chuyển tín hiệu thành tín hiệu số qua Tranducer E để chuyển đổi từ tín hiệu điện sang tín hiệu quang để truyền cáp sợi quang cuối Tranducer F lại chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện để tới DTE 1.4 MẠNG TRUYỀN SỐ LIỆU M¹ng truyền sè liƯu bao gåm hai hay nhiều hƯ thèng truyền ( nhËn ) tin nh− h×nh 2.đợc ghép nối với theo nhiều hình thức nh phân cấp phân chia thành trung tâm xử lý trao đổi tin với chức riêng Mạng truyền số liệu hệ thống nhằm nối máy tính lại với nhau, thơng tin chúng thực giao thức chuẩn hố, có nghĩa phần mềm máy tính khác nhau giải công việc trao đổi thông tin với Các ứng dụng tin học ngày rộng rãi đẩy hướng ứng dụng mạng xử lý số liệu, mạng đấu nối có cấu trúc tuyến tính cấu trúc vịng cấu trúc hình Cấu trúc mạng phải có khả tiếp nhận đặc thù khác đơn vị tức mạng phải có tính đa , tính tương thích Mạng số liệu thiết kế nhằm mục đích nối nhiều thiết bị đầu cuối với Để truyền số liệu ta dùng mạng điện thoại dùng đường truyền riêng có tốc độ cao Dịch vụ truyền số lỉệu kênh thoại dịch vụ việc truyền số liệu Trên mạng có nhiều máy tính chủng loại khác loại ghép nối lại với nhau, cần giải vấn đề phân chia tài nguyên Để máy tính đầu cuối làm việc với cần phải có protocol định Dạng thức phương tiện truyền số liệu qui định chất tự nhiên ứng dụng, số lượng máy tính liên quan khoảng cách vật lý chúng Các dạng truyền số liệu dạng sau: a) Nếu có hai máy tính hai đặt văn phịng, phương tiện truyền số liệu gồm liên kết điểm nối đơn giản.Tuy nhiên, chúng toạ lạc vị trí khác thành phố hay quốc gia phải cần đến phương tiện truyền tải công cộng Mạng điên thoại công cộng dùng nhiều nhất, trường hợp cần đến thích nghi gọi Modem Sắp xếp truyền theo dạng trình bày hình1.4 AP AP Hệ thống phục vụ Truyền tin Hệ thống phục vụ Truyền tin PSTN Modem Modem Hình 1.4 Truyền số liệu nối qua mạng điện thoại công cộng dùng modem b) Khi cần nhiều máy tính ứng dụng, mạng chuyển mạch dùng cho phép tất máy tính liên lạc với vào thời điểm Nếu tất máy tính nằm tồ nhà , xây dựng mạng riêng Một mạng xem mạng cục LAN (Local Area Network) Nhiều chuẩn mạng LAN thiết bị liên kết tạo cho ứng dụng thực tế Hai hệ thống mạng Lan trình bày hình 1.5 Khi máy tính đặt nhiều nơi cách xa cần liên lạc với nhau, phải dùng đến phương tiện công cộng Việc liên kết máy tính tạo nên mạng rộng lớn, gọi mạng diện rộng WAN (Wide Area Network) Kiểu mạng WAN dùng phụ thuộc vào tường ứng dụng tự nhiên Máy tính A AP Hệ thống phục vụ Truyền tin Máy tính B AP Hệ thống phục vụ Truyền tin Hình 1.5 Các hệ thống LAN ( liên kết LAN qua backbone văn phịng ) Ví dụ tất máy tính thuộc cơng ty có u cầu truyền số lượng liệu quan trọng điểm , giải pháp đơn giản cho vắn đề thuê đường truyền từ nhà cung cấp phương tiện truyền dẫn xây dựng hệ thống chuyển mạch riêng đIểm để tạo thành mạng tư nhân ... tin truyền thông tạo hệ thống truyền số liệu đại mô hình hệ thống truyền số liệu đại trình bày ? Các kỹ thuật ứng dụng để truyền số liệu mạng số liệu đại chuẩn hóa II NỘI DUNG 1.1 THƠNG TIN VÀ TRUYỀN... kinh tế trí thức, kinh tế học hỏi, kinh tế số Cái nhìn tổng quát mạng số liệu Tổ chức mạng mạng truyền số liệu đại , Các kỹ thuật dùng để truyền số liệu Những vấn đề chuẩn hóa mơ hình tham chiếu... kinh tế trí thức, kinh tế học hỏi, kinh tế số Cái nhìn tổng quát mạng số liệu Tổ chức mạng mạng truyền số liệu đại , Các kỹ thuật dùng để truyền số liệu Những vấn đề chuẩn hóa mơ hình tham chiếu