đồ án cá nhân đề tài tìm hiểu kỹ thuật nén dữ liệu data compression

Nếu có trục trặc trên một trạm làm việc, người ta có thể sử dụng những trạm khác thay thế.Mạng máy tính nâng cao chất lượng và hiệu quả khai thác thông tin: Khi thông tin có thể được dù

ĐẠI HỌC DUY TÂN TRƯỜNG KHOA HỌC MÁY TÍNH

KHOA KỸ THUẬT PHẦN MỀM



ĐỒ ÁN CÁ NHÂN

ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU KỸ THUẬT NÉN DỮ LIỆU

DATA COMPRESSION

MÔN HỌC: MẠNG MÁY TÍNH

GIẢNG VIÊN : THS HOÀNG PHI CƯỜNG

SINH VIÊN THỰC:

MÃ SỐ SV : 28211146177

HỌ TÊN SV: CHÂU NGỌC HỘI

Đà Nẵng, 15/02/2024

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG MÁY TÍNH 1

1.1 MẠNG MÁY TÍNH: 1

1.2 MỤC TIÊU CỦA MẠNG MÁY TÍNH 1

1.3 CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN 1

1.4 NETWORK TOPOLOGY 1

1.4.1 Mạng hình sao (Star Topology) 2

1.4.2 Mạng hình tuyến (Bus Topology) 2

1.4.3 Mạng hình vòng (Ring Topology) 3

1.5 GIAO THỨC MẠNG MÁY TÍNH (PROTOCOLS) 4

1.5.1 Khái niệm về giao thức 4

1.5.2 Chức năng giao thức 5

1.6 PHƯƠNG TIỆN TRUYỀN DẪN 6

1.6.1 Khái niệm 6

1.6.2 Đặc trưng cơ bản của phương tiện truyền dẫn 6

1.6.3 Các loại cáp mạng 6

1.7 PHÂN LOẠN MẠNG MÁY TÍNH 10

1.7.1 Phân loại theo khoảng cách địa lý 10

1.7.2 Phân loại theo chức năng 11

1.7.3 Phân loại theo kỹ thuật chuyển mạch 11

1.7.4 Phân loại theo mô hình xữ lý 12

1.7.5 Phân loại theo mô hình quản lý 13

1.7.6 Phân loại theo mô hình ứng dụng 13

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT NÉN DỮ LIỆU (DATA COMPERSSION) 15

2.1 DATA COMPRESSION 15

2.1.1 Nén mất dữ liệu (LOSSY COMPRESSION) 15

2.1.2 Nén không mất dữ liệu( LOSSLESS COMPRESSION) 16

2.2 TẦM QUANG TRỌNG CỦA VIỆC NÉN DỮ LIỆU 16

2.3 MỘT SỐ THUẬT TOÁN NÉN DỮ LIỆU PHỔ BIẾN 16

2.3.1.1 Một số thuật toán nén mất dữ liệu 16

2.3.1.2 Một số thuật toán nén không mất dữ liệu phổ biến 17

2.4 NHỮNG LƯU Ý KHI NÉN DỮ LIỆU 18

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG MÁY TÍNH

1.1.MẠNG MÁY TÍNH:

Mạng máy tính : là một hệ thống gồm các máy tính đơn lẻ được kết nối với nhau bằng các phương tiện truyền dẫn còn được gọi là Transmission Medium

và theo một kiến trúc mạng xác định (Network Architecture) Thông qua đó các máy tính trao đổi thông tin qua lại cho nhau

1.2.MỤC TIÊU CỦA MẠNG MÁY TÍNH

Ngày nay mạng máy tính ngày nay đã trở nên quen thuộc và không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực như khoa học, quân sự, quốc phòng, thương mại, dịch vụ, giáo dục Người ta đã nhận ra được việc kết nối các máy tính mang lại các tiềm năng lớn như:

Mạng máy tính cho phép chúng ta sử dụng chung tài nguyên như thiết bị, chương trình, dữ liệu Mọi thành viên của mạng đều có thể tiếp cận được những tài nguyên này mà không cần biết chúng đặt ở đâu

Mạng máy tính tăng độ tin cậy của hệ thống:

Người ta có thể dễ dàng bảo trì máy móc, lưu trữ (backup) các dữ liệu chung

và khôi phục nhanh chóng khi có trục trặc Nếu có trục trặc trên một trạm làm việc, người ta có thể sử dụng những trạm khác thay thế

Mạng máy tính nâng cao chất lượng và hiệu quả khai thác thông tin:

Khi thông tin có thể được dùng chung, nó mang lại khả năng tổ chức lại công việc với những thay đổi về chất, đáp ứng nhu cầu của hệ thống ứng dụng kinh doanh hiện đại, cung cấp sự thống nhất giữa các dữ liệu, tăng cường năng lực

xử lý nhờ kết hợp các bộ phận phân tán, và tăng cường truy nhập tới các dịch

vụ mạng khác nhau đang được cung cấp trên thế giới

1.3.CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN

Từ đó ta có thể thấy được mạng máy tính bao gồm có các thành phần cơ bản như sau:

- Máy tính: đóng vai trò là thiết bị đầu cuối, làm việc trực tiếp với người dung CCNA R&S

- Thiết bị mạng (host, sever, network devices,…)

- Phương tiện truyền dẫn

- Kiến trúc mạng:

o Cấu trúc mạng (Network Topology)

o Giao thức mạng (Network Protocol)

1.4.NETWORK TOPOLOGY

Khái niệm: Topology là cấu trúc hình học không gian của mạng thực chất

là cách bố trí vị trí vật lý các node và cách thức kết nối chúng lại với nhau

Có 2 kiểu nối mạng chủ yếu đó là:

+ Nối kiểu điểm – điểm (point – to – point)

1

+ Nối kiểu điểm – nhiều điểm (point – to – multipoint hay broadcast)

Point to Point: Các đường truyền nối từng cặp nút với nhau và mỗi nút

đều có trách nhiệm lưu trữ tạm thời sao đó chuyển tiếp dữ liệu đi cho tới đích

Do cách làm việc như vậy nên mạng kiểu này còn được gọi là mạng “lưu và chuyển tiếp“ (store and forward)

Point to multipoint: Tất cả các nút phân chia nhau một đường truyền vật lý

chung Dữ liệu gửi đi từ một nút nào đó sẽ được tiếp nhận bởi tất cả các nút còn lại trên mạng, bởi vậy chỉ cần chỉ ra địa chỉ đích của dữ liệu để căn cứ vào

đó các nút tra xem dữ liệu đó có phải gửi cho mình không

1.4.1 Mạng hình sao (Star Topology)

Mạng hình sao có tất cả các trạm được kết nối với một thiết bị trung tâm

có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các trạm và chuyển đến trạm đích Tuỳ theo yêu cầu truyền thông trên mạng mà thiết bị trung tâm có thể là Switch, router, hub hay máy chủ trung tâm Vai trò của thiết bị trung tâm là thiết lập các liên kết Point to Point

Ưu điểm: Thiết lập mạng đơn giản, dễ dàng cấu hình lại mạng (thêm, bớt

các trạm), dễ dàng kiểm soát và khắc phục sự cố, tận dụng được tối đa tốc độ truyền của đường truyền vật lý

Khuyết điểm: Độ dài đường truyền nối một trạm với thiết bị trung tâm bị

hạn chế (trong vòng 100m, với công nghệ hiện nay)

Hình 1.1: Star Topology

1.4.2 Mạng hình tuyến (Bus Topology)

Tất cả các trạm phân chia một đường truyền chung (bus) Đường truyền chính được giới hạn hai đầu bằng hai đầu nối đặc biệt gọi là terminator Mỗi trạm được nối với trục chính qua một đầu nối chữ T (T-connector) hoặc một thiết bị thu phát (transceiver) Mô hình mạng Bus hoạt động theo các liên kết Point to Multipoint hay Broadcast

Ưu điểm: Dễ thiết kế, chi phí thấp

Khuyết điểm: Tính ổn định kém, chỉ một nút mạng hỏng là toàn bộ mạng bị

ngừng hoạt động

2

Hình 1.2: Bus Topology

1.4.3 Mạng hình vòng (Ring Topology)

Trên mạng hình vòng tín hiệu được truyền đi trên vòng theo một chiều duy nhất Mỗi trạm của mạng được nối với nhau qua một bộ chuyển tiếp (repeater)

có nhiệm vụ nhận tín hiệu rồi chuyển tiếp đến trạm kế tiếp trên vòng Như vậy tín hiệu được lưu chuyển trên vòng theo một chuỗi liên tiếp các liên kết Point

to Point giữa các repeater

Mạng hình vòng có ưu, nhược điểm tương tự như mạng hình sao, tuy nhiên mạng hình vòng đòi hỏi giao thức truy nhập mạng phức tạp hơn mạng hình sao

Trong thực tế tùy theo yêu cầu và mục đích cụ thể ta có thể thiết kế mạng kết hợp các dạng sao, vòng, tuyến để tận dụng các điểm mạnh của mỗi dạng Các kết nối hỗn hợp giữa các kiến trúc mạng trên như: Star-Bus, Star-Ring

Hình 1.3: Ring Topology 1.5.GIAO THỨC MẠNG MÁY TÍNH (PROTOCOLS)

1.5.1.Khái niệm về giao thức

Giao thức giao tiếp là một tập hợp các quy tắc chuẩn dành cho việc biểu diễn dữ liệu, phát tín hiệu, chứng thực và phát hiện lỗi dữ liệu - những việc

3

cần thiết để gửi thông tin qua các kênh truyền thông, nhờ đó mà các máy tính (và các thiết bị) có thể kết nối và trao đổi thông tin với nhau Các giao thức truyền thông dành cho truyền thông tín hiệu số trong mạng máy tính có nhiều tính năng để đảm bảo việc trao đổi dữ liệu một cách đáng tin cậy qua một kênh truyền thông không hoàn hảo

Có nhiều giao thức được sử dụng để giao tiếp hoặc truyền đạt thông tin trên Internet, dưới đây là một số các giao thức tiêu biểu:

 TCP (Transmission Control Protocol): thiết lập kết nối giữa các máy tính

để truyền dữ liệu Nó chia nhỏ dữ liệu ra thành những gói (packet) và đảm bảo việc truyền dữ liệu thành công

 IP (Internet Protocol): định tuyến (route) các gói dữ liệu khi chúng được

truyền qua Internet, đảm bảo dữ liệu sẽ đến đúng nơi cần nhận

 HTTP (HyperText Transfer Protocol): cho phép trao đổi thông tin (chủ yếu

ở dạng siêu văn bản) qua Internet

 FTP (File Transfer Protocol): cho phép trao đổi tập tin qua Internet

 SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): cho phép gởi các thông điệp thư

điện tử (e-mail) qua Internet POP3 (Post Office Protocol, phiên bản 3): cho phép nhận các thông điệp thư điện tử qua Internet

 MIME (Multipurpose Internet Mail Extension): một mở rộng của giao

thức SMTP, cho phép gởi kèm các tập tin nhị phân, phim, nhạc, theo thư điện tử

 WAP (Wireless Application Protocol): cho phép trao đổi thông tin giữa các

thiết bị không dây, như điện thoại di động

Một tập hợp tiêu chuẩn để trao đổi thông tin giữa hai hệ thống máy tính hoặc hai thiết bị máy tính với nhau được gọi là giao thức Các giao thức này còn được gọi là các nghi thức hoặc định ước của máy tính Các thành phần chính của một giao thức bao gồm:

 Cú pháp: Định dạng dữ liệu, phương thức mã hoá và các mức tín hiệu

 Ngữ nghĩa: Thông tin điều khiển, điều khiển lưu lượng và xử lý lỗi

4

1.5.2.Chức năng giao thức

• Đóng gói: Gói dữ liệu được thêm vào một số thông tin điều khiển, bao gồm địa chỉ nguồn và địa chỉ đích, mã phát hiện lỗi, điều khiển giao thức

• Điều khiển liên kết: Trao đổi thông tin giữa các thực thể có thể thực hiện theo hai phương thức: Hướng liên kết (Connection – Oriented) và không liên kết (Connectionless) 25

• Điều khiển lưu lượng: Tránh tắt nghẽn, rớt gói tin Tối hưu hóa việc truyền gói tin ở một tốc độ cao nhất

• Đồng bộ hóa: Các tham số về kích thước cửa sổ, tham số liên kết và giá trị thời gian

• Phân đoạn và Hợp lại: Mạng truyền thông chỉ chấp nhận kích thước các gói dữ liệu cố định Các giao thức ở các tầng thấp cần phải cắt dữ liệu thành những gói tin có kích thước quy định

• Giám sát: Các gói tin PDU có thể lưu chuyển độc lập theo các con đường khác nhau, khi đến đích có thể không theo thứ tự như khi phát Trong phương thức hướng liên kết, các gói tin phải được yêu cầu giám sát

• Điều khiển lỗi: Điều khiển lỗi là kỹ thuật cần thiết nhằm bảo vệ dữ liệu không bị mất hoặc bị hỏng trong quá trình trao đổi thông tin

1.6.PHƯƠNG TIỆN TRUYỀN DẪN

1.6.1.Khái niệm

Phương tiện truyền đẫn (Truyền thông dữ liệu) là một môi trường truyền dẫn

để truyền tính hiệu (dữ liệu) giữa các máy tính trên mạng với nhau, bao gồm các loại cáp và các phương tiện vô tuyến

1.6.2.Đặc trưng cơ bản của phương tiện truyền dẫn

Các thuộc tínhc của phương tiện truyền dẫn

- Chi phí

- Phương thức thiết kế, lắp đặt

- Băng tầng cơ sở - Baseband

- Băng thông - Bandwidth

- Độ suy giảm của tín hiệu - Signal Attenuation

- Nhiễu điện từ- Electronmagnetic Interference (EMI)

- Nhiễu xuyên kênh

 Băng thông (Bandwidth): là miền tần số giới hạn thấp và tần số giới hạn cao,

tức là miền tần số mà đường truyền đó có thể đáp ứng được

 Thông lượng (Throughput): là số lượng các bit (chuỗi bit) được truyền đi

trong một giây Hay nói cách khác là tốc độ của đường truyền dẫn Ký hiệu là bit/s hoặc bps Tốc độ của đường truyền phụ thuộc vào băng thông và độ dài của nó

 Suy hao (Attenuation): Là độ đo sự suy yếu của các tín hiệu trên đường

truyền Suy hao phụ thuộc vào độ dài của cáp, cáp càng dài thì suy hao càng cao

1.6.3.Các loại cáp mạng

5

Hình 1.4: Phân loại cáp mạng

1.6.3.1.Cáp đồng trục

- Cáp đồng trục có 1 lõi đồng và các lớp bảo vệ bên ngoài bao gồm 2 lớp nhựa

và 1 lớp chóng nhiễu

Hình 1.5: Cấu tạo cáp đồng trục

- Có hai chế độ truyền thông tin:

o Chế độ cơ sở (băng thông cáp chuyên dụng)

o Chế độ băng thông rộng (băng thông cáp được chia thành các dải riêng biệt)

- Ưu điểm:

o Dễ lắp đặt và có tính bền bỉ cao

o Băng thông cao

o Chống nhiểu tốt

o Dễ dàng cài đặt và mở rộng

o Không tốn kém

- Nhược điểm

o Khả năng kết nối node mạng ở xa còn hạn chế so với cáp quang

o Khả năng suy hao cao hơn so với dây cáp quang

o Có giá thành cao hơn cáp mạng

1.6.3.2.Cáp xoán đôi

6

- Gồm 8 dây dẫn cách điện, từng cặp riêng biệt quấn vào nhau và được bó lại với nhau trong một vỏ bọc bảo vệ Chúng là phương tiện truyền dẫn được sử dụng rộng rãi nhất

- Cáp xoắn đôi có hai loại:

o UTP(Unshielded Twisted Pair Cables): Không có vỏ bọc kim loại nên

không có khả năng chống nhiễu

 Ưu điểm: Ít tốn kém, dễ dàng cài đặt, dung lượng tốc độ cao

 Nhược điêm: dễ bị can thiệp từ bên ngoài, công suất và hiệu suất thấp hơn so

với STP, khoảng cách truyền ngắn do suy hao

Hình 1.6: Cáp UTP

o STP (Shielded Twisted Pair Cables): Loại cáp này có vỏ bọc kim loại đặc

biệt để chặn nhiễu bên ngoài

 Ưu điểm: Hiệu suất tốt hơn với tốc độ dữ liệu cao hơn so với UTP, loại bỏ

nhiễu xuyên âm, tương đối nhanh hơn

 Nhược điểm: Tương dối khó cài đặt và sản xuất, giá thành cao hơn.

7

Hình 1.7: Cáp STP 1.6.3.3.Cáp quang

Cáp quang sử dụng khái niệm phản xạ ánh sáng thông qua một lõi làm bằng thủy tinh hoặc nhựa Lõi được bao quanh bởi một lớp thủy tinh hoặc nhựa ít dày đặc hơn được gọi là lớp bọc Cáp quang được sử dụng để truyền khối lượng lớn dữ liệu

Với nhiều ưu điểm:

- Băng thông cao: Cáp quang có khả năng cung cấp băng thông rất cao, không

phụ thuộc vào tiếng ồn

- Sử dụng ánh sáng: Cáp quang sử dụng ánh sáng để truyền tín hiệu, loại bỏ

các vấn đề của nhiễu điện

- Khả năng truyền tín hiệu xa: Cáp quang có khả năng truyền tín hiệu với

khoảng cách xa hơn so với cáp đồng trục hoặc cáp xoắn

- Tốc độ truyền thông tin lớn: Cáp quang có khả năng mang theo thông tin ở

tốc độ lớn, phù hợp với khả năng giao tiếp cho các dịch vụ như hội nghị video

và các dịch vụ tương tác

- Chi phí đầu tư ban đầu cao: Việc sử dụng cáp sợi quang đòi hỏi chi phí

đáng kể về đầu tư ban đầu, kết nối, đầu nối, jumper cáp, các công cụ và card giao diện mạng Đây là vấn đề chính để cài đặt và thay thế

Bên cạnh đó cũng có một số nhược điểm như: khó cài đặt và bảo trì, chi phí cao, dễ vỡ

Có hai loại cáp quang:

- Single-mode cables

- Multimode cables

8

Hình 1.8: Cấu tạo hai loại cáp quang

1.6.3.4.Không dây

Mạng không dây giúp kết nối mạng xa nhau về địa lý, mà không cần đến cable để nối trạm nguồn với trạm đích Giúp việc nhận và gữi data bằng các song được gữi vào không gian và thu nhận nó bằng antenna

Radio: Quang phổ của điện từ nằm trong khoảng 10 KHz đến 1GHz Có

nhiều giải tần: Sóng ngắn (Short Wave), VHF (VeryHightFrequency)-Tivi&Radio FM và UHF (Ultra Hight Frequency)-Tivi

Đặc tính truyền: tần số đơn, công suất thấp không hỗ trợ tốc độ dữ liệu các

mạng cục bộ LAN yêu cầu Tần số đơn, công suất cao dễ cài đặt, băng thông cao từ 1 - 10 Mbps, suy hao chậm Khả năng nhiễu từ thấp, bảo mật kém Giá thành cao trung bình Radio quang phổ trải (Spread spectrum) độ tin cậy cao, bảo mật dữ liệu Băng thông cao, tốc độ truyền có thể đạt theo yêu cầu của các mạng cục bộ

Viba: Truyền thông viba có hai dạng: Viba mặt đất và vệ tinh Viba mặt đất

sử dụng các trạm thu và phát Kỹ thuật truyền thông vệ tinh sử dụng các trạm thu mặt đất (các đĩa vệ tinh) và các vệ tinh Tín hiệu đến vệ tinh và từ vệ tinh đến trạm thu một lượt đi hoặc về 23.000 dặm Thời gian truyền một tín hiệu độc lập với khoảng cách Thời gian truyền tín hiệu từ vệ tinh đến các trạm nằm vòng tròn 1/3 chu vi quả đất là như nhau, gọi là trễ lan truyền (Propagation Delay) Thông thường là 0,5-5 giây

Tia hồng ngoại (Infrared system): Có 2 phương thức kết nối mạng Point - to

- Point và Multi Point Point - to – Point tiếp sóng các tín hiệu hồng ngoại từ thiết bị này sang thiết bị khác.Giải tần từ 100 GHz đến 1000 THz, tốc độ truyền khoảng 100 Kbps-16 Mbps Multi Point truyền đồng thời các tín hiệu hồng ngoại đến các thiết bị Giải tần số từ 100 GHz đến 1000 THz, nhưng tốc

độ truyền chỉ đạt tối đa 1 Mbps

1.7.PHÂN LOẠN MẠNG MÁY TÍNH

1.7.1.Phân loại theo khoảng cách địa lý

1.7.1.1.Mạng LAN (Local Area Network)

là một hệ thống mạng dùng để kết nối các máy tính trong một phạm vi nhỏ (nhà ở, phòng làm việc, trường học, …) Các máy tính trong mạng LAN

có thể chia sẻ tài nguyên với nhau (chia sẻ tập tin, máy in, máy quét và một số thiết bị khác)

 Băng thông lớn

 Kích thước mạng bị giới hạn bởi các thiết bị

 Chi phí các thiết bị mạng LAN thấp

 Quản trị đơn giản

1.7.1.2.Mạng đô thị - MAN (metropolitan area network)

là mạng dữ liệu băng rộng được thiết kế cho phạm vi trong thành phố, thị xã Khoảng cách thường nhỏ hơn 50 km Xét về quy mô địa lý, MAN lớn hơn mạng LAN nhưng nhỏ hơn mạng WAN, nó đóng vai trò kết nối 2 mạng LAN và WAN với nhau hoặc kết nối giữa các mạng LAN Kết nối giữa các

9