Giáo Trình Truyền Thông Mạng Máy Tính, Mô Hình OSI

Trong phát triển mô hình, người thiết kế từng bướcchuyển dần quá trình truyền dữ liệu xuống các phần tử cơ bản nhất của nó.Chúng xác định những chức năng mạng nào liên quan cần sử dụng v

CHƯƠNG 3

MÔ HÌNH OSI

Được thành lập vào năm 1947, tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO là một tổchức đa quốc gia hỗ trợ việc đưa ra các tiêu chuẩn quốc tế thuộc mọi lĩnh vực.Một tiêu chuẩn ISO bao gồm tất cả các khía cạnh về truyền thông mạng là môhình hệ thống liên mạng mở OSI – Open Systems Interconnection Một hệ thống

mở là một hệ thống cho phép bất kỳ hai hệ thống khác nhau nào cũng có thể liênlạc với nhau mà không phụ thuộc vào kiến trúc hạ tầng của chúng Các giao thứccủa một nhà sản xuất cụ thể nào đó mang tính đóng giữa các hệ thống khôngliên quan Mục đích của mô hình OSI là mở kết nối giữa các hệ thống khác nhau

mà không yêu cầu thay đổi logic về hạ tầng phần mềm và phần cứng Mô hìnhOSI không phải là một giao thức cụ thể; Nó là một mô hình nhằm xây dựng vàthiết kế một kiến trúc mạng linh động, chắc chắn và vận hành tốt

ISO là tổ chức, OSI là mô hình.

3.1 MÔ HÌNH OSI

Mô hình OSI là khung công việc được phân tầng cho việc thiết kế các hệthống mạng cho phép truyền thông qua tất cả các loại hệ thống máy tính Nó baogồm 7 tầng riêng biệt nhưng lại liên quan lẫn nhau, mỗi tầng định nghĩa mộtphân đoạn của quá trình truyền thông tin qua một mạng (xem hình 3.1) Việchiểu các kiến thức cơ bản về mô hình OSI cung cấp cho chúng ta kiến thức nềntảng cho việc khám phá kỹ thuật truyền số liệu

Kiến trúc phân tầng

Mô hình OSI được xây dựng gồm 7 tầng theo thứ tự: Tầng vật lý (tầng 1),tầng liên kết dữ liệu (tầng 2), tầng mạng (tầng 3), tầng giao vận (tầng 4), tầng

phiên (tầng 5), tầng trình diễn (tầng 6) và tầng ứng dụng (tầng 7) Hình 3.2 thểhiện mối quan hệ giữa các tầng với nhau khi một thông điệp được gửi từ thiết bị

A sang thiết bị B Khi thông điệp di chuyển từ thiết bị A sang thiết bị B, nó cóthể qua nhiều các nút tức thời Những node tức thời này thường chỉ tham gia ởtầng 3 của mô hình OSI Trong phát triển mô hình, người thiết kế từng bướcchuyển dần quá trình truyền dữ liệu xuống các phần tử cơ bản nhất của nó.Chúng xác định những chức năng mạng nào liên quan cần sử dụng và tập hợpnhững chức năng này thành các nhóm rời nhau để cuối cùng tạo thành các tầng.Mỗi tầng định nghĩa một họ các chức năng phân biệt với các chức năng của cáctầng khác Bằng cách định nghĩa và cục bộ hóa chức năng, nhà thiết kế đã tạo ramột kiến trúc dễ hiểu đồng thời cũng rất linh động Quan trong hơn, mô hìnhOSI cho phép sự trong suốt hoàn chỉnh giữa các hệ thống không tương thích.Hình 3.2 Các tầng của mô hình OSI

Các quá trình đồng đẳng (Peer to Peer process)

Bên trong một máy tính đơn, mỗi tầng gọi các dịch vụ của tầng ngay bêndưới Ví dụ, tầng 3 sử dụng các dịch vụ được cung cấp bởi tầng 2 và cung cấpdịch vụ cho tầng 4 Giữa các máy tính, tầng x trên một máy kết nối với tầng xtrên một máy khác Kiểu kết nối này được chi phối bởi một chuỗi các luật vàquy ước được gọi là các giao thức Các quá trình trên từng máy có kết nối tạitầng được cho gọi là các quá trình đồng đẳng Kết nối giữa các máy tính theo đó

là một quá trình đồng đẳng sử dụng các giao thức thích hợp cho một tầng cụ thể

Ở tầng vật lý, kết nối là trực tiếp: Máy tính A gửi một dòng các bit tớimáy B Tuy nhiên, kết nối tại các tầng cao hơn phải được chuyển xuống thôngqua các tầng trên máy A đến máy B và sau đó được chuyển ngược lên qua cáctầng Mỗi khớp trong máy gửi bổ xung thông tin của chính nó và thông điệp mà

nó nhận từ tầng ngay trên nó và truyền toán bộ thông điệp đó xuống tầng ngay

dưới nó Thông tin này được thêm vào dưới dạng là các phần đầu – header củathông điệp hoặc phần đuôi – trailer của thông điệp (dữ liệu điều khiển được bổsung vào header hoặc trailer của một thông điệp) Các header được bổ xung vàothông điệp tại các tầng 6,5,4, 3 và 2 Phần trailer được bổ xung ở tầng 2.

Ở tầng 1, toàn bộ thông điệp được chuyển sang một dạng mà có thể đượctruyền đi đến máy nhận Tại máy nhận, gói tin được mở ra theo từng tầng, cùngvới quá trình nhận và xóa bỏ dữ liệu được dành cho tầng đó Ví dụ, tầng 2 bỏ dữliệu dành cho nó, sau đó truyền tiếp phần còn lại của dữ liệu lên tầng 3 Tầng 3loại bỏ dữ liệu dành cho nó và truyền tiếp phần còn lại của dữ liệu lên tầng 4…vân vân

Giao diện giữa các tầng

Việc truyền dữ liều và thông tin về mạng xuống dưới qua các tầng củamáy gửi và chuyển ngược lên qua các tầng của máy nhận có thể được thực hiệnnhờ vào một giao diện giữa mỗi cặp tầng kề nhau Mỗi giao diện xác định thôngtin và dịch vụ nào mà một tầng phải cung cấp cho tầng trên nó Các giao diện vàcác chức năng của tầng được xác định rõ ràng sẽ cung cấp tính mô đun cho mộtmạng Chừng nào một tầng còn cung cấp các dịch vụ cần thiết tới tầng trên nó,thì những thực thi cụ thể của chính các chức năng của tầng đó có thể được sửađổi và thay thế mà không yêu cầu sự thay đổi nào đối với các tầng xung quanh

Cách tổ chức của các tầng trong mô hình OSI

7 tầng trong mô hình OSI có thể xem xét dưới dạng thuộc 3 nhóm con.Tầng 1,2 và 3 (Tầng vật lý, liên kết dữ liệu và tầng mạng) là các tầng hỗ trợmạng; chúng liên quan đến khía cạnh về truyền dữ liệu từ một thiết bị sang thiết

bị khác (Ví dụ như là các đặc tả về điện, kết nối vật lý, địa chỉ vật lý, tính tin cậy

và thời gian giao vận Các tầng 5,6,7 bao gồm tầng phiên, tầng trình diễn và tầngứng dụng có thể xem là các tầng hỗ trợ người dùng; Chúng cho phép vận hànhđan xen giữa các hệ thống phần mềm không liên quan tới nhau Tầng 4, tầnggiao vận đảm bảo độ tin cậy của việc truyền dẫn dữ liệu đầu cuối- tới đầu cuốitrong khi tầng 2 đảm bảo độ tin cậy của việc truyền dữ liệu trên một liên kếtđơn Các tầng phía trên của mô hình OSI hầu như luôn được thực hiện trongphần mềm; các tầng phía dưới thường là tổ hợp phần mềm và phần cứng, ngoạitrừ tầng vật lý luôn là phần cứng

Hình 3.3 cho chúng ta một cái nhìn tổng thể của mô hình OSI, L7 data cónghĩa là đơn vị dữ liệu tại tầng 7, L6 data có nghĩa là đơn vị dữ liệu ở tầng 6…Quá trình bắt đầu diễn ra tại tầng 7 (tầng ứng dụng), sau đó chuyển tiếp từ tầngnày xuống tầng kia theo trình tự dần xuống Tại mỗi tầng (Ngoại trừ tầng 7 và1), một header được bổ sung vào đơn vị dữ liệu Tại tầng 2, một trailer cũngđược bổ sung Khi đơn vị dữ liệu được định dạng truyền qua tầng vật lý, nóđược chuyển đổi thành các tín hiệu điện từ và được truyền đi trên đường truyềnvật lý

Hình 3.3 Truyền dữ liệu giữa 2 thiết bị sử dụng mô hình OSI

Ngay khi tín hiệu điện từ được truyền đến đích của nó, nó được truyềnvào tầng một và được chuyển đổi trở lại thành các bit Các đơn vị dữ liệu sau đóchuyển ngược lên các tầng trên của mô hình OSI Khi mỗi khối dữ liệu chuyểntới tầng cao hơn tiếp theo, các header và trailer mà được đính kèm với đơn vị dữliệu ở tầng gửi tương ứng được loại bỏ Tại thời điểm mà dữ liệu lên đến tầng 7,thông điệp một lần nữa được định dạng hợp lý cho ứng dụng và sau đó hiện hữutới bên nhận

Hình 4.3 Tầng vật lý

 Các đặc điểm vật lý của các giao diện và phương tiện truyền dẫn.Tầng vật lý xác định các đặc điểm của giao diện giữa các thiết bị vàphương tiện truyền dẫn Nó cũng xác định kiểu của phương tiệntruyền dẫn

 Mô tả của các bít Dữ liệu của tầng vật lý bao gồm một dòng các bít(một dãy các số 0 và 1) Để có thể được truyền dẫn, các bít phảiđược mã hóa thành các tín hiệu điện hoặc quang Tầng vật lý xácđịnh kiểu mã hóa ( cách các số 0 và 1 được chuyển đổi thành tínhiệu)

 Tốc độ truyền dữ liệu Tốc độ truyền dẫn – số các bit được gửi đimỗi giây- cũng được xác định bởi tầng vật lý Hay nói cách khác,tầng vật lý xác định khoảng thời gian của một bit xem chuyển bít

đó diễn ra bao lâu

 Sự đồng bộ của các bit Bên gửi và bên nhận phải được đồng bộhóa ở mức bit Hay nói cách khác, đồng hồ của bên nhận vào bêngửi phải được đồng bộ

 Cấu hình đường dẫn Tầng vật lý có liên quan đến kết nối của cácthiết bị tới phương tiện truyền dẫn Một cấu hình điểm-tới-điểm, 2thiết bị được nói với nhau thông qua một đường liên kết chuyên

dụng Trong một cấu hình đa điểm, một đường liên kết được chia sẻgiữa nhiều thiết bị

 Hình trạng vật lý Hình trạng vật lý định cách các thiết bị được kếtnối với nhau để hình thành lên một mạng Các thiết bị có thể đượckết nối bằng việc sử dụng một hình trạng dạng lưới – meshtopology (Mọi thiết bị được kết nối với mọi thiết bị khác) Một hìnhtrạng dạng vòng (mọi thiết bị kết nối với thiết bị tiếp theo, hìnhthành một vòng tròn), hoặc hình trạng dạng sao –star topology (Tất

cả các thiết bị được kết nối thông qua một thiết bị trung tâm), hoặchình trạng dạng bus – bus topology (tất cả mọi thiết bị kết nối trênmột đường liên kết chung)

 Chế độ truyền dẫn (transmission mode) Tầng vật lý cũng xác địnhhướng truyền dẫn giữa 2 thiết bị: đơn công – simplex, bán songcông half-duplex và song công toàn phần – full duplex Trong chế

độ truyền đơn công, chỉ một thiết bị có thể gửi; thiết bị khác chỉ cóthể nhận Chế độ truyền đơn công là một phương thức truyền thôngmột chiều Trong chế độ truyền bán song công, 2 thiết bị có thể gửi

và nhận nhưng không đồng thời Trong chế độ truyền song côngtoàn phần, hai thiết bị có thể gửi và nhận một cách đồng thời

Tầng liên kết dữ liệu (Data Link Layer)

Tầng liên kết dữ liệu biến đổi dữ liệu từ tầng vật lý ở dạng truyền dẫn cònthô sang một liên kết tin cậy và chịu trách nhiệm truyền tin nút-tới-nut Nó làmcho tầng vật lý xuất hiện dưới dạng đầu vào cho tầng phía trên (tầng mạng).Hình 3.5 thể hiện mối quan hệ của tầng liên kết dữ liệu với tầng mạng và tầngvật lý

Hình 3.5 Tầng liên kết dữ liệu

Các chức năng đảm nhiệm chính của tầng liên kết dữ liệu bao gồm:

 Framing Tầng liên kết dữ liệu chia dòng các bit nhận được từ tầngmạng thành các đơn vị dữ liệu để có thể quản lý được và các đơn vị

dữ liệu này được gọi là các khung dữ liệu –frame

 Địa chỉ vật lý Nếu các frame được phân phối tới các hệ thống khácnhau trên mạng, tầng liên kết dữ liệu bổ sung một header vào frame

nhằm mục đích xác định địa chỉ vật lý của bên gửi (địa chỉ nguồn)và/hoặc bên nhận (địa chỉ đích) của frame Nếu frame cần được gửicho một hệ thống bên ngoài mạng của bên gửi thì địa chỉ bên nhận

là địa chỉ của thiết bị mà kết nối một mạng tới mạng tiếp theo

 Kiểm soát luồng – Flow control Nếu tốc độ truyền dẫn tại đó dữliệu được nhận được bởi bên nhận là kém hơn tốc độ được tạo ra ởbên gửi thì tầng liên kết dữ liệu áp đặt một cơ chế kiểm soát luồng

để tránh ùn nghẽn bên nhận

 Kiểm soát lỗi – error control Tầng liên kết dữ liệu bổ sung thêm độtin cậy cho tầng vật lý bằng cách bổ sung các cơ chế dò nhận vàtruyền dẫn lại các frame bị hư hại hoặc bị mất Nó cũng sử dụngmột cơ chế để tránh sự trùng lặp các frame Kiểm soát lỗi thườngđạt được thông qua phần trailer được bổ sung ở cuối mỗi frame

 Kiểm soát truy nhập Khi 2 hay nhiều thiết bị được kết nối tới cùngmột đường liên kết, các giao thức của tầng liên kết dữ liệu là cầnthiết để xác định thiết bị nào có quyền kiểm soát đường liên kết tạimột thời điểm cho trước

Ví dụ 3.1

Trong hình 3.6, một nút với địa chỉ vật lý là 10 gửi một frame tới một nút

có địa chỉ vật lý là 87 Hai nút được kết nối bởi một đường liên kết Tại mức liênkết dữ liệu, frame này chứa các địa chỉ vật lý (liên kết) trong phần header.Những frame này là những địa chỉ duy nhất Phần còn lại của header chứa cácthông tin khác cần thiết tại mức này Trailer thường chứa các bít bổ sung cầnthiết cho việc dò tìm lỗi

Hình 3.6 Tầng liên kết dữ liệu (ví dụ 3.1)

Tầng mạng – Network Layer

Tầng mạng chịu trách nhiệm vận chuyển nguồn-sang-đích của một gói tin

có thể thông qua nhiều mạng khác nhau (các đường liên kết) Trong khi đó tầngliên kết dữ liệu giám sát vận chuyển các gói tin giữa hai hệ thống trên cùngmạng (các liên kết), tầng mạng đảm bảo rằng mỗi gói tin có thể được truyền đi

từ điểm gốc tới điểm đích cuối cùng của nó

Hình 3.7 Tầng mạng

Nếu 2 hệ thống được kết nối trên cùng một đường liên kết, thường khôngcần tầng mạng Tuy nhiên, nếu 2 hệ thống được kết nối vào các mạng khác nhau(các đường liên kết khác nhau) bằng các thiết bị kết nối giữa hai mạng (cácđường liên kết), lúc đó tầng mạng sẽ là cần thiết để có thể hoàn thành vậnchuyển nguồn-sang-đích Hình 3.7 thể hiện mối quan hệ giữa tầng mạng và tầngliên kết dữ liệu và tầng giao vận

Các chức năng cụ thể của tầng mạng bao gồm:

 Địa chỉ logic- Logical addressing Địa chỉ vật lý được thực hiệntầng liên kết dữ liệu nhằm xử lý vấn đề địa chỉ một cách cục bộ.Nếu một gói tin truyền qua biên giới hạn của mạng, chúng ta cần hệthống định địa chỉ khác để giúp phân biệt hệ thống nguồn và hệthống đích Tầng mạng bổ sung một header vào một gói tin đến từtầng cao hơn nó, và các tầng khác lân cận, bao gồm các địa chỉlogic của bên gửi và bên nhận

 Định tuyến – Routing Khi các mạng hoặc các đường liên kết độclập được kết nối với nhau sẽ tạo thành một liên mạng(internetwork) hay mạng của các mạng hoặc một mạng lớn, cácthiết bị kết nối (được gọi là các router và gatway) xác định đường

đi của các gói tin tới đích cuối cùng của chúng Một trong nhữngchức năng của tầng mạng cung cấp cơ chế này

Ví dụ 3.2

Bây giờ các bạn hình dung ở hình 3.8 chúgn ta gửi dữ liệu từ một nodebằng địa chỉ mạng A và địa chỉ vật lý 10, được đặt trong một mạng cục bộ -LAN, tới một nút với địa chỉ mạng P và địa chỉ vật lý 95, được đặt ở một mạngLAN khác Bởi vì hai thiết bị này được đặt ở hai mạng khác nhau, chúng takhông thể chỉ sử dụng địa chỉ vật lý vì địa chỉ vật lý chỉ hiện hữu trong nội bộmạng LAN đó Những gì chúng ta cần ở đây là các địa chỉ phổ quát có thể chophép truyền các gói tin qua các biên giới hạn của các mạng LAN Các địa chỉmạng (địa chỉ logic) có những đặc điểm này Gói tin ở tầng mạng chứa các địachỉ logic, mà các địa chỉ này còn lưu lại y nguyên từ nguồn nguyên bản đến đíchcuối cùng Các địa chỉ này sẽ không thay đổi khi gói tin đi từ mạng này sangmạng kia Tuy nhiên các địa chỉ vật lý sẽ thay đối khi gói tin được chuyển từ

một mạng tới mạng khác Khối trong hình vẽ với ký hiệu R là một thiết bị địnhtuyến – router (thiết bị liên mạng), thiết bị này sẽ được trình bày kỹ hơn ởchương 21.

Hình 3.8 Tầng mạng (ví dụ 3.2)

Tầng giao vận – Transport layer

Tầng giao vận chịu trách nhiệm công việc vận chuyển nguồn-tới-đích(đầu cuối –tới –đầu cuối) của toàn bộ thông điệp) Trong khi đó tầng mạng thựchiện giáp sát công việc vận chuyển đầu cuối-tới-đầu cuối của từng gói tin riêngbiệt, nó không nhận diện bất kỳ mối quan hệ nào giữa các gói tin đó Nó xemmỗi gói tin là độc lập nhau, khi đó mỗi gói tin thuộc hoặc không thuộc vào mộtthông điệp riêng biệt Mặt khác, tầng giao vận đảm bảo rằng toàn bộ thông điệpđến còn nguyên vẹn và theo đúng thứ tự, giám sát cả phần kiểm soát lỗi và kiểmsoát luồng ở mức nguốn-tới-đích Hình 3.9 thể hiện mối quan hệ giữa tầng giaovận với tầng mạng và tầng phiên

Để bổ sung tích bảo mật, tầng giao vận có thể tạo ra một kết nối giữa haicổng cuối Một kết nối là một đường dẫn logic đơn giữa nguồn và đích mà liênquan đến tất cả các gói tin trong một thông điệp Việc tạo ra một kết nối tiếnhành theo 3 bước như sau:

Thiết lập kết nối, truyền dữ liệu, và giải phóng kết nối Bằng cách áp côngviệc truyền dẫn của tất cả các gói tin vào một đơn đường dẫn, tầng giao vận có

thêm quyền kiểm soát theo trình tự từ kiểm soát luồng, dò tìm lỗi cũng như sửalỗi

Các chức năng cụ thể của tầng giao vận bao gồm:

 Địa chỉ dịch vụ-điểm (Service-point addressing) Các máy tínhthường chạy nhiều chương trình đồng thời Vì lý do đó, công việcvận chuyển nguồn-tới-đích không có nghĩa là chỉ chuyển từ mộtmáy tính sang máy tính tiếp theo mà còn từ một tiến trình cụ thể(chương trình đang chạy) trên một máy tính tới một tiến trình cụ thể(chương trình đang chạy) trên máy tính khác Do đó, phần headercủa tầng giao vận phải bao gồm một kiểu của địa chỉ được gọi làđịa chỉ dịch vụ-điểm (hay địa chỉ cổng) Tầng mạng đẩy từng góitin tới đúng máy tính cần đẩy; Tầng giao vận đẩy toàn bộ thôngđiệp tới đúng tiến trình trên máy tính đó

Hình 3.9 Tầng giao vận

 Phân đoạn và lắp ghép (Segmentation and Ressembly) Một thôngđiệp được chia thành nhiều phần đoạn khả truyền, mồi phân đoạnchứa chuỗi số Các số này cho phép tầng giao vận có thể ghép lại

để hình thành thông điệp một cách đúng đắn ngay khi thông điệpđến đích và để xác định và thay thế các gói tin bị mất trong quátrình truyền dẫn

 Kiểm soát kết nối (Connection control) Tầng giao vận có thể làkhông kết nối (connectionless) hoặc hướng kết nối (connection-oriented) Một tầng giao vận không kết nối xem mỗi đoạn như làmột gói tin độc lập và chuyển gói tin này tới tầng giao vận tại máyđích Một tầng giao vận hướng kết nối tạo ra một kết nối với tầnggiao vận của máy đích đầu tiên trước khi chuyển gói tin Tất cả dữliệu được truyền đi, sau đó kết nối được ngắt

 Kiểm soát luồng – Flow control Giống như tầng liên kết dữ liệu,tầng giao vận chịu trách nhiệm kiểm soát lỗi Tuy nhiên, kiểm soátlỗi ở tầng này được thực hiện theo kiểu đầu cuối – tới –đầu cuốihơn là qua một liên kết đơn Tầng giao vận bên gửi đảm bảo rằngtoàn bộ thông điệp đến tầng giao vận bên nhận không có lỗi gì (hưhại, mất mát, hoặc trùng lặp) Việc sửa lỗi thường đạt được thôngqua việc truyền lại

và P) được bổ sung vào từng gói tin Gói tin có thể được di chuyển theo nhiềuđường khác nhau và đến đích với bất kỳ thứ tự nào Hai gói tin được chuyển tớitầng mạng đích, tầng mạng đích này chịu trách nhiệm loại bỏ phần header củatầng mạng Hai gói tin giờ tiếp tục được truyền lên tầng giao vận, ở đây chúngđược tổ hợp lại để có thể chuyển tiếp lên các tầng phía trên.

Hình 3.10 Tầng giao vận (ví dụ 3.3)

Tầng phiên – Session layer

Các dịch vụ được cung cấp bởi 3 tầng đầu tiên (tầng vật lý, liên kết dữ liệu và mạng) là không đủ cho một số quá trình Nó thiết lập, duy trì và đồng bộ hóa các tương tác giữa các hệ thống đang kết nối

Những chức năng cụ thể của tầng phiên bao gồm:

 Kiểm soát đàm thoại – dialog control Tầng phiên cho phéphai hệ thống đi vào cùng một dialog Nó cho phép kết nốigiữa hai quá trình được hoạt động ở chế độ bán song cônghoặc song công toàn phần Ví dụ, dialog giữa một đầu cuốiđược kết nối tới một máy mainframe có thể là bán song công

 Đồng bộ hóa – Synchronization Tầng phiên cho phép mộtquá trình có thể bổ sung các điểm kiểm tra (điểm đồng bộhóa) vào trong một dòng dữ liệu Ví dụ, nếu một hệ thống

đang gửi file có kích cỡ là 2000 trang, người ta bổ sung cácđiểm kiểm tra 100 trang một lần để đảm bảo rằng mỗi đơn vị

100 trang được nhận và thông báo nhận một cách độclập.Trong trường hợp này, nếu xảy ra sự cố mất mát dữ liệutrong quá trình truyền trang 523, quá trình truyền lại bắt đầu

ở trang 501: các trang 1 tới trang 500 không cần phải truyềnlại

Tầng trình diễn – Presentation Layer

Tầng trình diễn có liên quan đến cú pháp và ngữ nghĩa của thông tin được trao đổi giữa hai hệ thống Hình 3.12 thể hiện mối quan hệ giữa tầng trình diễn với tầng ứng dụng và tần phiên

Hình 3.12 Tầng trình diễn

Những chức năng cụ thể của tầng trình diễn bao gồm:

 Dịch thuật- Translation Các quá trình (các chương trình đang chạy)trong hai hệ thống thường trao đổi thông tin dưới dạng các chuỗi ký tự,

số …Thông tin sẽ được thay đổi thành các dòng bit trước khi đượctruyền đi Bởi vì các máy tính là khác nhau sử dụng các hệ thống mãhóa khác nhau, tầng trình diễn chịu trách nhiệm về tính liên kết hoạtđọng giữa các pháp mã hóa khác nhau Tầng trình diễn bên gửi thayđổi thông tin từ chính định dạng riêng bên gửi thành một định dạngchung Tầng trình diễn bên nhận thay đổi thông tin được định dạngchung thành định dạng riêng bên nhận

 Mật hóa-Encryption Để có thể kiểm soát được thông tin nhạy cảm,một hệ thống phải có thể đảm bảo tính riêng tư.Mật hóa có nghĩa làbên gửi biến đổi thông tin nguyên bản thành dạng khác và gửi thôngđiệp kết quả ra ngoài mạng Giải mã – decryption làm ngược lại với

quá trình trước thực hiện biến đổi thông điệp trở lại dạng nguyên bảncủa nó.

 Nén – Compression Nén dữ liệu làm giảm số các bít cần phải truyền

đi Nén dữ liệu trong thực thế trở nên quan trọng trong quá trình truyềndẫn đa phương tiện như văn bản, âm thành và hỉnh ảnh

Tầng ứng dụng

Tầng ứng dụng cho phép người dùng, là người hoặc phần mềm có thể truynhập mạng Nó cung cấp các giao diện người dùng và hỗ trợ các dịch vụ như làthư điện tử, truy cập và truyền file từ xa, quản lý cơ sở dữ liệu được chia sẻ vàcác kiểu dịch vụ thông tin phân tán khác

Hình 3.13 thể hiện mối quan hệ giữa tầng ứng dụng đối với người dùng vàtầng trình diễn Thực tế có nhiều dịch vụ ứng dụng, ở hình dưới đây chỉ thể hiện

3 ứng dụng cụ thể đó là X.400 (Các dịch vụ xử lý thông điệp); X500 (Các dịch

vụ thư mục); và dịch vụ quản lý, truy cập và truyền file (FTAM) Người dùngtrong ví dụ này sử dụng X.400 để gửi một bức thư điện tử Chú ý rằng không cóheader hay trailer được bổ sung ở tầng này

Hình 3.13 Tầng ứng dụng

Các chức năng chính của tầng ứng dụng bao gồm:

 Mạng ảo đầu cuối –Network Virtual Termination Một mạng ảo đầu cuối

là một phiên bản phần mềm của một đầu cuối vật lý và cho phép mộtngười dùng có thể đăng nhập vào một máy từ xa Để làm được điều này,tầng ứng dụng tạo ra một phần mềm mô phỏng đầu cuối tại máy từ xa.Máy tính của người dùng nói chuyện với phần mềm đầu cuối, đến lượt nónói chuyện với máy, và ngược lại Máy từ xa tin rằng nó đang kết với mộttrong những đầu cuối của nó và cho phép bạn đăng nhập

 Quản lý, truy cập và truyền file (FTAM) Đây là ứng dụng cho phép mộtngười dùng có thể truy cập các file trong một máy tính từ xa (để tạo ra

những thay đổi hoặc đọc dữ liệu), nhận các file từ máy tính từ xa và đểquản lý hoặc kiểm soát các file trong một máy tính từ xa.

 Các dịch vụ thư Ứng dụng này cung cấp các điều kiện cơ bản cho việcchuyển tiếp thư điện tử và lưu trữ

 Các dịch vụ thư mục Ứng dụng này cung cấp các nguồn cơ sở dữ liệuphân tán và truy cập thông tin toàn cầu về nhiều đối tượng và dịch vụ

Tóm tắt chức năng của các tầng

Các chức năng của các tầng được tổng quát hóa trong hình 3.14

Hình 3.14 Tổng quan chức năng của các tầng

3.3 HỌ GIAO THỨC TCP/IP

Họ giao thức TCP/IP được sử dụng trên mạng Internet, được phát triểntrước khi có mô hình OSI Do đó các tầng trong bộ giao thức TCP/IP không phảihoàn toàn giống với các tầng trong mô hình OSI Họ giao thức TCP/IP được cấuthành bởi 5 tầng bao gồm tầng vật lý, liên kết dữ liệu, mạng, giao vận và ứngdụng 4 tầng đầu tiên cung cấp các tiêu chuẩn vật lý, giao diện mạng, liên mạng

và các chức năng giao vận tương ứng với 4 tầng đầu tiên của mô hình OSI Tuynhiên, 3 tầng trên cùng của mô hình OSI được biểu diễn trong TCP/IP bằng mộttầng đơn gọi là tầng ứng dụng (xem hình 3.15)

TCP/IP là một giao thức có phân cấp được cấu thành bởi các moduletương tác, mỗi module này cung cấp một chức năng cụ thể, nhưng chúng khôngcần thiết phải độc lập nhau Trong khi đó mô hình OSI xác định các chức năngcủa mỗi tầng thuộc chính tầng đó, còn trong các tầng của giao thức TCP/IP cóthể chứa các giao thức tương đối độc lập và do đó co thể được sử dụng hỗn hợpphụ thuộc vào nhu cầu sử dụng của hẹ thống Thuật ngữ phân cấp ở đây cónghĩa là mỗi giao thức ở mức trên được hỗ trợ bởi một hay nhiều giao thức ởmức dưới

Ở tầng giao vận, TCP/IP định nghĩa hai giao thức đó là TCP(Transmission Control Protocol) và UDP(User Datagram Protocol) Tại lớpmạng, giao thức chính được định nghĩa bởi TCP/IP là giao thức liên mạng IP(Internetworking Protocol), ngoài ra còn có một vài giao thức hỗ trợ vận chuyển

dữ liệu trong tầng này Xem chương 24 và 25 để biết thêm chi tiết các giao thứccủa họ giao thức TCP/IP

3.4 CÁC THUẬT NGỮ CHÍNH

Application layer Tầng ứng dụng

Data link Layer Tầng liên kết dữ liệu

Destination address Địa chỉ đích

Node-to-node delivery Vận chuyển nút-tới-nút

Open system Interconnection Các hệ thống liên kết nối mở

Peer-to-peer process Tiến trình đồng đẳng/ngang hàng

Physical address Địa chỉ vật lý

Prensentation layer Tầng trình diễn

Source-to-destination delivery Vận chuyển nguồn-tới-đích

Transmission rate Tốc độ truyền dẫn

 Một tầng liên kết dữ liệu chịu trách nhiệm vận chuyển các đơn vị dữ liệu

từ một máy sang máy tiếp theo mà không gây ra lỗi

 Tầng mạng là tầng chịu trách nhiệm vận chuyển nguồn-tới-đích của một gói tin qua nhiều đường mạng khác nhau

 Tầng giao vận chịu trách nhiệm vận chuyển nguồn-tới-đích của toàn bộ thông điệp

 Tầng phiên thiết lập, duy trì và đồng bộ hóa ác tương tác giữa các thiết bị truyền thông

 Tầng trình diễn đảm bảo tính tương quan liên kết hoạt động giữa các thiết

bị truyền thông qua việc biến đổi dữ liệu thành một định dạng chung

 Tầng ứng dụng cho phép người dùng truy nhập vào mạng

 TCP/IP là một họ giao thức 5 tầng phân cấp được phát triển trước mô hìnhOSI, là một họ giao thức được sử dụng trên Internet

3.6 BÀI TẬP

Câu hỏi ôn tập

1 Những tầng nào trong mô hình OSI là tầng hỗ trợ mạng?

2 Những tầng nào trong mô hình OSI hỗ trợ người dùng?

3 Sự khác nhau giữa vận chuyển dữ liệu của tầng mạng và vận

chuyển dữ liệu của tầng giao vận?

4 ISO và OSI có liên quan tới nhau nhưu thế nào?

5 Hãy liệt kê các tầng của mô hình OSI

6 Quá trình đồng đằng/ngang hàng là gì?

7 Làm cách nào thông tin được truyền qua một tầng sang tầng tiêp theo của mô hình OSI?

8 Các header và trailer là gì; Cách chúng được bổ sung và loại bỏ?

9 Nhóm các tầng của mô hình OSI theo chức năng

10.Hãy trình bày những vấn đề liên quan đến tầng vật lý

11.Những chức năng được đảm nhiệm bởi tầng liên kết dữ liệu là gì?12.Những chức năng được đảm nhiệm bởi tầng mạng là gì?

13.Những chứuc năng được đảm nhiệm bởi tầng giao vận là gì?

14.Tầng giao vận tạo ra một kết nối giữa nguồn và đích Hay cho biết

3 sự kiện có trong kết nối đó

15.Sự khác nhau giữa một địa chỉ dịch vụ-điểm, địa chỉ logic, địa chỉ vật lý

16.Những chức năng được đảm nhiệm bởi tầng phiên

17.Mục đích của dialog controller là gì?

18.Những chức năng được đảm nhiệm bởi tầng trình diễn

19.Mục đích dịch thuật translation của tầng phiên là để làm gì?

20.Hãy kể tên một số dịch vụ được cung cấp bởi tầng ứng dụng

21.Các tầng của họ giao thức TCP/IP có quan hệ như thế nào với các tầng trong mô hình OSI

Câu hỏi lựa chọn

22 Mô hình…….thể hiện các chức năng mạng của một máy tính có thể được tổ chức

a ITU-T b OSI c ISO d ANSI

23.Mô hình OSI bao gồm…… tầng

a 3 tầng b 5 tầng c 7 tầng d 8 tầng

24.Tầng… quyết định vị trí của các điểm động bộ hóa

a Tàng giao vận b Tầng phiên c tầng trình diễn

26.Tầng… là tầng gần nhất phương tiện truyền dẫn

a.Tầng vật lý b Tầng liên kết dữ liệu c Tầng mạng

29.Dialog control là một chức năng của tầng…

a Tầng giao vận b Tầng phiên c Tầng trình diễn

a Bô sung b Trích xuất c.Sắp xếp lại d Sửa đổi

33 Khi gói dữ liệu di chuyển từ tầng cao xuống tầng thấp, các trailer được……

a Bô sung b Trích xuất c.Sắp xếp lại d Sửa đổi

37.Trong tầng…., quá trình dịch (translation) từ một mã ký tự sang một mã khác.

a.Tầng vật lý b Tầng phiên c Tầng trình diễn

d Tầng ứng dụng38.Tầng….thay đổi các bít thành các tín hiệu điện từ

a Tầng vật lý b Tầng liên kết dữ liệu c Tầng giao vận

d Tầng trình diễn39.Tầng….có thể sử dụng trailer của frame do việc dò tìm lỗi

a Tầng vật lý b Tầng liên kết dữ liệu c Tầng giao vận

d Tầng trình diễn40.Tại sao mô hình OSI lại được phát triển?

a Các nhà sản xuất không thích họ giao thức TCP/IP

b Tốc độ truyền dữ liệu được gia tăng theo số mũ

c Các tiêu chuẩn cần thiết để cho phép bất kỳ 2 hệ thống nào cũng

có thể liên lạc với nhau

d Không có ở 3 phát biểu trên41.Tầng vật lý liên quan đến truyền dẫn….qua phương tiện truyền dẫn vật lý

a Các chương trình b Các dialog c Các giao thức

d Các bit42.Tầng nào có các chức năng đóng vai trò trung chuyển các tầng hỗ trợ người dùng và các tầng hỗ trợ mạng

a Tầng mạng b Tầng vật lý c Tầng giao vận

d Tầng phiên43.Chức năng chính của tầng giao vận là gì?

a Vận chuyển nút-tới-nút

b Vận chuyển đầu cuối- tới- đầu cuối của thông điệp

c Đồng bộ hóa

d Cập nhật và duy trì các bảng định tuyến44.Các điểm kiểm tra của tầng phiên…

a Cho phép chỉ một phần của một file được gửi

b Dò tiềm và khắc phục lỗi

c Kiểm soát các header bổ sung

d Điều liên quan đến dialog control45.Đâu là ứng dụng của tầng ứng dụng được liệt kê dưới đây?

a Đầu cuối mạng ảo

b Quản lý, truy nhập và truyền file

c Dịch vụ mail

d Tất cả các điều kể trên

CHƯƠNG 4

CÁC TÍN HIỆU –SIGNALS

Chức năng chính của tầng mạng là chuyển thông tin dạng điện từ qua cácphương tiện truyền dẫn Khi bạn thu thập số liệu thống kê từ một máy tính khác,gửi các bức ảnh động từ một máy trạm thiết kế đồ họa hay làm chuông rung ởmột trung tâm điều khiển từ xa, chính là bạn đang làm việc với truyền dẫn thôngtin qua các kết nối mạng Thông tin có thể là âm thanh, hình ảnh, dữ liệu số, các

ký tự, hoặc mã – bất kỳ thông điệp nào khả đọc và có nghĩa với người dùngđích, là máy hay con người

Thông tin có thể ở dạng dữ liệu, âm thanh, hình ảnh,vvv

Nhìn chung, thông tin hữu dụng đối với một người hay một ứng dụngkhông phải ở dạng mà có thể truyền dẫn ngay qua một mạng được Ví dụ, bạnkhông thể cuộn tròn một bức ảnh, đút nó vào đường điện, và truyền nó qua thịtrấn Tuy nhin, bạn có thể truyền nó bằng một bức ảnh đã được mã hóa Thay vìgửi bức ảnh thật, bạn có thể sử dụng bộ mã hóa để tạo ra dòng các bit 0 và 1 đểcho thiết bị đang nhận biết được cách cấu trúc lại hình ảnh của bức ảnh đó (Mãhóa được bàn chi tiết ở chương 5)

Nhưng thậm chí với 0 và 1 cũng không thể gửi được qua những liên kếtmạng như thế Chúng một lần nữa phải được chuyển đổi sâu hơn thành mộtdạng mà phương tiện truyền dẫn có thể chấp Phương tiện truyền dẫn làm việctheo cách truyền các tín hiệu điện theo đường dẫn vật lý Những dòng dữ liệudạng 0 và 1 như vậy phải được chuyển thành tín hiệu điện dưới dạng các tín hiệuđiện từ

Để được truyền dẫn, thông tin phải được biến đổi thành các tín hiệu điện từ

4.1 KHÁI NIỆM VỀ TƯƠNG TỰ & SỐ (Analog and Digital)

Cả dữ liệu và tín hiệu đều có thể biểu diễn ở dưới dạng tương tự hoặc số.Khi nói đến tương tự thường tham chiếu đến cái gì đó mang tính liên tục haytiếp diễn- Một tập các điểm cụ thể của dữ liệu và tất cả các điểm có thể có ởgiữa Khi nói đến số người ta thường tham chiếu tới những gì mang tính rời tạc– một tập các điểm cụ thể mà không có các điểm khác ở giữa

Dữ liệu tương tự và số

Dữ liệu có thể là tương tự hoặc số Một ví dụ của dữ liệu tương tự làgiọng nói của con người Khi một người nào đó nói, một song ấm thanh liên tụcđược tạo ra trong không khí Điều này có thể được sao chép bởi một thiết bịmicrophone và được chuyển thành một tín hiệu tương tự

Một ví dụ về dữ liệu dạng số là dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ của máytính dưới dạng 0 và 1 Thông thường các tín hiệu được truyền thành dạng tín

hiệu số khi muốn truyền đi từ một vị trí này đến một vị trí khác trong và ngoài máy tính.

Tín hiệu tương tự và tín hiệu số

Như thông tin mà chúng biểu diễn, các tín hiệu có thể là tương tự hoặc số.Một tín hiệu tương tự là một tín hiệu dạng sóng liên tục theo thời gian Khi sóngđược chuyển từ giá trị A sang giá trị B, nó truyền qua và bao gồm một số vô hạncác giá trị cùng với đường dẫn của nó Mặt khác, tín hiệu số là rời rạc Nó có thểchỉ có hữu hạn số các giá trị được các định, thường đơn giản là 0 và 1 Việctruyền một tín hiệu số từ giá trị này sang giá trị khác là tức thời, giống như mộtbóng đèn được bật và tắt

Chúng ta thường minh họa các tín hiệu bằng cách giải chúng trong mộtcặp hệ trục tọa độ Trục tung thường biểu diễn giá trị hay cường độ của tínhhiệu Trục hoành biểu diễn tín hiệu theo thời gian Hình 4.1 minh họa một tínhiệu tương tự và một tín hiệu số Các hình uốn biểu diễn tín hiệu tương tự là trơn

và liên tục qua một số vô hạn các điểm Các đường kẻ dọc của tín hiệu số minhọa nhảy bước tức thời từ giá trị này sang giá trịnh kia; độ cao thấp của đường

kẻ dọc này thể hiện các giá trị này là cố định Một cách khác để biểu diễn sựkhác nhau giữa tín hiệu tương tự và tín hiệu số là đối với tín hiệu tương tự, tínhiệu thay đổi liên tục theo thời gian còn tín hiệu số thay đổi một cách tức thời.Hình 4.1 So sánh tín hiệu tương tự và tín hiệu số

4.2 CÁC TÍN HIỆU TUẦN HOÀN & KHÔNG TUẦN HOÀN

Các tín hiệu tương tự và số đều có thể ở dưới 2 dạng: Tuần hoàn và khôngtuần hoàn

Các tín hiệu tuần hoàn

Một tín hiệu được gọi là tuần hoàn nếu nó thực hiện lấy một mẫu trongkhoảng thời gian đo được gọi là chu kỳ lấy mẫu, và lặp lại mẫu đó với các chu

kỳ giống nhau Sự hoàn thành một mẫu đầy đủ được gọi là một chu trình Mộtchu kỳ được xác định bằng số lượng thời gian (được biểu diễn bằng giây) cần đểhoàn thành một chu trình lấy mẫu đầy đủ Khoảng thời gian của một chu kỳđược biểu diễn bằng T, có thể khác nhau đối với từng mẫu, nhưng nó là hằng sốđối với bất kỳ tín hiệu tuần hoàn nào được cho Hình 4.2 minh họa các tín hiệutuần hoàn theo giả thiết

Một tín hiệu tuần hoàn bao gồm một mẫu liên tục được lặp lại Chu kỳ của một tín hiệu (T) được biểu diễn bằng giấy.

Hình 4.2 Ví dụ về các tín hiệu tuần hoàn

Tín hiệu không tuần hoàn

Một tín hiệu không tuần hoàn, tín hiệu thay đổi liên tục không biểu diễ một mẫu hay một chu kỳ lặp lại theo thời gian/

Một tín hiệu không tuần hoàn không có các mẫu tín hiệu lặp lại

Hình 4.3 Ví dụ về các tín hiệu không tuần hoàn

Có một kỹ thuật gọi là biến đổi Fourier (xem phụ lục D) cho phép bất kỳ tín hiệukhông tuần hoàn nào cũng có thể được phân tích thành một số vô hạn các tín hiệu tuần hoàn Hiểu được đặc điểm của các tín hiệu tuần hoàn cũng cho phép chúng ta có cái nhìn thấu đáo về tín hiệu không tuàn hoàn

4.3 CÁC TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ

Các tín hiệu tương tự có thể được phân loại thành tín hiệu đơn hoặc tổng hợp Một tín hiệu đơn hay tín hiệu hình sin không thể phân tích thành các tín hiệu nào đơn gian hơn nữa Một tín hiệu tương tự tổng hợp là tín hiệu được cấu thành từ nhiều tín hiệu hình sin

Các tín hiệu tương tự đơn

Tín hiệu hình sin là dạng tín hiệu cơ bản nhất của một tín hiệu tương tựtuần hoàn Được biểu diễn bằng các đường cong dao động, sự thay đổi của nótheo tiến trình của một chu trình là phẳng và nhất quán, một luồng cuộn liên tục

Hinh 4.4 thể hiện một sóng tín hiệu hình sin Tín hiệu hình sin có thể được mô tảmột cách đầy đủ qua ba đặc tính của nó là: Biên độ A, chu kỳ hay tần số và pha.Biên độ A

Hình 4.4 Một sóng tín hiệu hình sin

Trên đồ thị Biên độ của một tín hiệu là một giá trị của tín hiện tại bất kỳđiểm nào trên đường tín hiệu Nó bằng khoảng tung độ được xác định bởi giaođiểm trên đường tín hiệu giữa trục tung và trục hoành Biên độ cực đại tín hiệuhình bằng giá trị lớn nhất mà nó đạt được trên trục tung (hình 4.5)

Biên độ được định lượng theo các đơn vị vôn, ampe hoặc watt phụ thuộcvào kiểu tín hiệu

Biên độ của tín hiệu là độ cao của một tín hiệu Đơn vị tính của biên độ phục thuộc vào kiểu của tín hiệu Đối với các tín hiệu điện tử, đơn vị tính thường là V, A và W

Hình 4.5 Biên độ

Chu kỳ và tần số

Chu kỳ liên quan đến lượng thời gian tính bằng giây mà một tín hiệu cần

để hoàn thành một chu trình Tần số liên quan đến số các chu kỳ trong một giây.Tần số của một tín hiệu là số các chu trình trong một giây Hình 4.6 thể hiệnkhái niệm về chu kỳ và tần số

Hình 5.6 Chu kỳ và tần số

Đơn vị tính của chu kỳ: Chu kỳ được biểu diễn bằng giây Trong lĩnh vựctruyền thông sử dụng 5 đơn vị tính chu kỳ: giây, mili giây (ms=10^-3s), microgiây 10^-6s) nano giây (ns=10^-9s) và pico giây (ps=10^-12)

Bảng 4.1 Đơn vị tính của chu kỳ

Một hình sin có tần số 8 KHz Hãy tính chu kỳ của nó

Giải: Đặt T là chu kỳ và f là tần số khi đó

f=1/T=1/(25 x 10-6)=40.000 Hz = 40 x 103 Hz = 40 Khz

Thông tin thêm về tần số

Chúng ta đã biết rằng tần số là quan hệ của một tín hiệu theo thời gian vàdạng sóng của tín hiệu là số các chu trình nó hoàn thành trong một giâ Nhưngtần số còn có thể hiểu theo nghĩa là nó là một đơn vị tính tốc độ thay đổi tínhiệu Các tín hiệu điện tử thể hiện ở dưới dạng sóng; tức là chúng dao động liêntục và có thể đoán trước mức độ năng lượng trung bình Tốc độ tại đó sóng điện

từ hình sin chuyển động từ tần số thấp nhất đến tần số cao nhất Một tín hiệu cótần số là 40 Hz bằng ½ tín hiệu có tần số 80Hz; nó hoàn thành một chu trình gấp

2 lần thời gian so với tín hiệu có tần số 80 Hz, vì thế mỗi chu trình cũng kéo dài

2 lần để nó thay đổi từ điện áp thấp nhất lên điệp áp cao nhất của nó Do đó, tần

số được mô tả bằng số chu trình trong một giây (Hz), là một đơn vị định lượngchung cho xác định tốc độ thay đổi của một tín hiệu theo thời gian

Tần số là tốc độ thay đổi tương ứng với thời gian Sự thay đổi diễn ra trong khoảng thời gian gắn có nghĩa là tần số cao hay cao tần sự thay đổi diên

ra trong khoảng thời gian dài có nghĩa là tần số thấp.

Nếu giá trị của một tín hiệu thay đổi trong một khoảng thời gian cực ngắn,tần số của nó là cao Nếu nó thay đổi trong một khoảng thời gian dài, tần số của

nó thấp

Hai điểm cực

Sẽ thế nào nếu một tín hiệu không thay đổi? sẽ thế nào nếu nó duy trì mức

độ điện áp hằng số trong toàn bộ thời gian nó hoạt động? Trong trường hợp nhưvậy, tần số của nó là bằng 0 Có thể khái quát rằng nếu một tín hiệu không thayđổi theo thời gian, nó sẽ không hoàn thành một chu trình vì thế tần số của nóbằng 0

Nhưng sẽ thế nào khi một tín hiệu thay đổi tức thời? Sẽ thế nào khi nónhảy từ một mức này sang mức khác không theo thời gian? Khi đó tần số của

nó là không xác định Hay nói cách khác, khi một tín hiệu thay đổi tức thời, chu

kỳ của nó bằng 0 do đó tần số của nó là nghịch đảo của chu kỳ suy ra tần số là1/0 hay vô định

Pha của tín hiệu - Phase

Thuật ngữ pha mô tả vị trí của dạng tín hiệu theo thời gian bằng 0 Nếuchúng ta nghĩ sóng tín hiệu đó là một cái gì đó có thể dịch chuyển tới hay luitheo trục thời gian, thì pha mô ta số lượng các bước dịch chuyển đó, nó xác địnhtrạng thái của chu kỳ đầu tiên

Pha mô tả vị trí của dạng sóng tín hiệu theo thời gian bằng 0

Pha được định lượng bằng đơn vị là độ hoặc radian (360 độ = 2pi radian).Một pha dịch chuyển 360 độ tương ứng với một dịch chuyển hoàn thành mộtchu chu kỳ; một pha dịch chuyển 180 độ tương ứng với một dịch chuyển một

nửa chu kỳ; một pha dịch chuyển 90 độ tương ứng với một dịch chuyển là ¼ chu

Hình 4.8 Sự thay đổi của biên độ

Hình 4.9 Sự thay đổi của tần số

Hình 4.10 Sự thay đổi pha

4.4 CÁC MIỀN THỜI GIAN VÀ TẦN SỐ

Một tín hiệu hình sin được đặc trưng bởi biên độ, tần số và pha của nó.Như trình bày ở các hình phía trên, các tín hiệu hình sin được biểu diễn sử dụngmột trục tọa độ theo thời gian Trục tọa độ thời gian thể hiện những thay đổitrong tín hiệu biểu diễn qua biên độ của tín hiệu biến thiên theo thời gian Pha vàtần số không phải được đo một cách chính xác trên trục tọa độ miền thời gian

Đề thể hiện mối quan hệ giữa biên độ và tần số, chúng ta có thể sử dụngtrục tọa độ cực gọi là miền cực tần số Hình 4.11 so sánh miền thời gian (biên độliên tục theo thời gian) và miền tần số (biên độ cực đại theo tần số)

Hình 4.11 Các miền thời gian và tần số

Hình 4.12 là ví dụ về cả miền cực thời gian và tần tố của 3 tính hiệu cóbiên độ và tần số khác nhau So sánh các mô hình bên trong mỗi cặp chúng tathấy loại thông tin của từng mô hình nào là thích hợp nhất cho truyền tín hiệu

Một tín hiệu có tần số thập trong miền tần số tương ứng với một tín hiệu

có chu kỳ dài trong miền thời gian và ngược lại Một tín hiệu mà thay đổi nhanhtrong miền thời gian tương ứng với các tần số cao trong miền tần số

Hình 4.12 Các miền thời gian và tần số cho các kiểu tín hiệu khác nhau

4.5 CÁC TÍN HIỆU TỔNG HỢP

Từ trước tới nay chúng ta bàn luận chủ yếu về các tín hiệu tuần hoàn đơngiản (các tín hiệu hình sin) Nhưng còn các tín hiệu tuần hoàn mà không phải códạng hình sin thì sao? Có nhiều dạng tín hiệu hữu dụng không thay đổi theođường cong trơn đơn giản từ biên độ cực tiểu và biên độ cực đại; chúng nhảybước, trượt, lắc lư hay đứt quãng Nhưng cho dù bất kỳ tín hiệu không theo quaytắc nào, nếu nó có chu kỳ tiếp sau chu kỳ thì tín hiệu đó vần là tuần hoàn và vềmặt logic phải được mô tả giống như những thuật ngữ được sử dụng đối với cácdạng sóng tín hiệu hình sin Thực tế, nó có thể thấy rõ ràng rằng bất kỳ tín hiệutuần hoàn nào không kể đến độ phức tạp của nó cũng có thể phân tích thành mộttập các sóng tín hiệu hình, mỗi sóng tín hiệu được đo bằng một biên độ, tần số

và pha riêng

Để phân tích một tín hiệu tổng hợp thành các thành phần của nó Phântích của Fourier (được bàn luận trong phụ lục D) là cần thiết Tuy nhiên, kháiniệm về phân tích tín hiệu có thể được xem xét dưới dạng một ví dụ giản đơn.Hình 4.13 thể hiện một tín hiệu tuần toàn được phân tích thành 2 hình tín hiệuhình sin Tín hiệu hình sin thứ nhất (sơ đồ giữa) có tần số là 6 trong khi tín hiệuhình sin thứ 2 có tần số bằng 0 Thêm 2 điểm này bằng điểm kết quả trong đồ thịtrên cùng Chú ý rằng tín hiệu gốc giống như là một tín hiệu hình sin có trục thờigian theo hướng trên xuống Biên độ trung bình của tín hiệu này là bằng 0 Yếu

tố này xác định sự có vặt của mộ thành phần tần số bằng 0 Một thành phầndòng điện một chiều Thành phần dòng một chiều này chịu trách nhiệm dịch lêntrên 10 đơn vị của tín hiệu dạng hình sin

Hình 4.13 Một tín hiệu với một thành phần dòng điện một chiều

Tương phản với đồ hình biểu diễn tín hiệu theo miền thời gian minh họatín hiệu tổ hợp dưới dạng một thực thế đơn giản một đồ thị biểu diễn tín hiệutheo miền tần số biểu diễn tín hiệu tổng hợp dưới dạng một chuỗi các tần sốthành phần Thay vì biểu diễn sự tác động của từng thành phần lên các thànhphần khác, nó biểu diễn tín hiệu như là một tập các tần số độc lập

Mặc dù đồ thị biểu diễn miền thời gian là hữu ích hơn để hiểu sự tác độngcủa hai tín hiệu lên nhau, các đường thanh dọc trong đồ thị thể hiện miền tần sốcho chúng ta một cái nhìn tổng quát hơn về sự liên hệ của các biên độ và tần sốtrong các tín hiệu hình sin tổng hợp

Hình 4.14 thể hiện một tín hiệu tổng hợp được phan tích thành 4 thànhphần Tín hiệu gần với một tín hiệu số Để có một tín hiệu số chính xác, chúng ta

cần một số lẻ vô hạn các tín hiệu điều hòa (f, 3f, 5f, 7f, 9f…), mỗi tín hiệu cóbiên độ khac snhau Các đồ thị biểu diễn miền tần số cũng được biểu diễn.

Hình 4.14 Dạng sóng tổng hợp

Băng tầng và phổ tần số

Có hai thuật ngữ được nhắc tới ở đây đó là: Phổ tần và băng tần Phổ tần

số của một tín hiệu là một tập hợp mọi tần số thành phần nó chứa và được biểudiễn qua đồ thị miền tần số Băng tần của một tín hiệu là độ rộng của phổ tần số(Xem hình 4.15) Hay nói cách khác, băng tần liên đới tới phạm vi của các thànhphần tần số, và phổ tần số liên đới tới các thành phần trong phạm vi đó Để tínhtoàn băng tần, người ta lấy hiệu của tần số cao và tần số thấp nhất trong phạmvi

Phổ tần số của một tín hiệu là tổ hợp của mọi tín hiệu hình sin tạo ra tín hiệu đóHình 4.15 Băng tần

Ví dụ 4.8

Nếu một tín hiệu tuần hoàn được phân tích thành 5 tín hiệu dạng hình sinvới các tần số 100, 300, 500, 700 và 900 Hãy cho biết băng tần là gì? Vẽ phổtần số giả sử rằng mọi thành phàn đều có một biên độ cực đại bằng 10 vôn.

Giải: Đặt fh là tần số cao nhất, fl là tần số thấp nhất, và B là băng tầng, khi

Giải: Đặt fh là tần số cao nhất, fl là tần số thấp nhất, và B là băng tần của tín hiệu khi đó ta có

B=fh-fl=> 20=60-fl => fl=60-20 = 40 Hz

Phổ tần số chứa mọi tần số cần thiết Chúng ta thể hiện bằng một chuỗi các thanh dọc (hình 4.17)

Hình 4.17 Ví dụ 4.9

4.6 CÁC TÍN HIỆU SỐ - DIGITAL SIGNALS

Cũng giống như được biểu diễn bởi một tín hiệu tương tự, dữ liệu cũng cóthể được biểu diễn bằng tín hiệu số Ví dụ, 1 có thể được mã hóa thành điện ápdương và 0 là điện áp bằng 0 (Hình 4.18)

Hình 4.18 Một tín hiệu số

Bit interval và bit Rate (khoảng thời gian của bit và tốc độ bit)

Phần lớn các tín hiệu số là không tuần hoàn, do đó chu kỳ hay tàn sốkhông còn hợp lý, có 2 thuật ngữ mới, đó là bit interal (khoảng bit) và bit rate(tốc độ bit) thay cho tần số được sử dụng để mô tả các tín hiệu số Khoảng bit làlượng thời gian cần để gửi một bit đơn Tốc độ bit là số các khoảng bit mỗi giây.Điều này có nghĩa là tốc độ bít là số bít được chuyển đi trong mỗi giây, thườngđược biểu diễn bằng bit trên giây bps (hình 5.19)

Hình 4.19 Tốc độ bit và khoảng thời gian của bit)

Ví dụ 4.10

Một tín hiệu số có tốc độ bít là 2000 bps Hãy tính khoảng thời gian của mỗi bít (bit interval)

Giải: Khoảng bit nghịch đảo với tốc độ bit

Bit interval= 1/(bit rate)=1/2000=0.000500 giây = 500 x 10^(-6) giây=500Micro giây

Ví dụ 4.11

Một tín hiệu có một khoảng bit bằng 40 micro giây Hãy tính tốc độ bit

Giải: Tốc độ bit là nghịch đảo của khoảng bit do đó

Hình 5.20 Các khoảng điều hòa của một tín hiệu số

Mặc dù phổ tần số của một tín hiệu số chứa một số vô hạn các tần số vớicác biên độ khác nhau, nếu chúng ta chỉ gửi những thành phần mà biên độ của

nó là có nghĩa (trên mức độ có thể chấp nhận được), chúng ta vẫn có thể tạo lạitín hiệu số với đọ chính xác đáng tin cậy tại bên nhận ( giảm thiểu méo tín hiệu).Chúng ta gọi phần này của phổ tần vô hạn là phổ tần có nghĩa, và băng tần của

nó là băng tần có ý nghĩa (xem hình 4.21)

Hình 4.21 Các phổ tần có ý nghĩa

CHƯƠNG 8

GHÉP KÊNH – MULTIPLEXING

Bất kỳ khi nào thông lượng truyền dẫn của một phương tiện kết nối haithiết bị lớn hơn nhu cầu truyền dẫn của các thiết bị, đường truyền dẫn có thểđược chia sẻ, nó có thể coi như việc một đường ống dẫn nước lớn có thể vậnchuyển nước tới nhiều đường con nối vào từng ngôi nhà một cách đồng thời.Ghép kênh bao gồm một tập các kỹ thuật cho phép truyền dẫn đồng thời nhiềutín hiệu qua một đường truyền dữ liệu đơn

Khi việc sử dụng dữ liệu và viễn thông gia tăng thì thông lượng cũng cầnphải tăng theo Chúng ta có thể đáp ứng sự gia tăng này bằng cách tiếp tiếp thêmvào các đường truyền dẫn riêng tại từng thời điểm một kênh mới khi cần thiết,hoặc chúng ta có thể lắp đặt các đường dẫn có thông lượng cao hơn và sử dụngtừng đường này để vận chuyển nhiều tín hiệu Như đã đề cập tới ở chương 7,công nghệ ngày nay bao gồm phương tiện có băng thông bao như là cáp đồngtrục, cáp xoắn đôi, cáp quang, các vệ tinh mặt đất và sóng vi ba Mỗi phươngtiện này có khả năng mang tín hiệu đi xa vượt quá khả năng cần thiết cho truyềndẫn tín hiệu ở mức trung bình Nếu thông lượng truyền dẫn của một đườngtruyền lớn hơn nhu cầu truyền dẫn của một thiết bị được kết nối, thì xảy ra hiệntượng thông lượng quá thưa trên mức cần thiết Một hệ thống tối ưu phải sửdụng tối đa tất cả các điều kiện sẵn có Thêm nữa, công nghệ với chi phí khá đắtđược sử dụng thường có hiệu quả kinh tế chỉ khi các đường truyền dẫn đượcchia sẻ

Hình 8.1 thể hiện hai cách kết nối kết nối 4 cặp thiết bị.Trong hình 8.1a,mỗi cặp có đường riêng của nó Nếu toàn bộ thông lượng của từng đường khôngđược sử dụng thì một phần thông lượng đường truyền bị bỏ phí Trong hình8.1b, Các truyền dẫn giữa các cặp được ghép kênh; giống như 4 cặp đườngtruyền dẫn chia sẻ dung lượng của một đường kết nối đơn

8-1 GHÉP NHIỀU THÀNH MỘT/MỘT THÀNH NHIỀU

(Many to one/ One to many)

Trong một hệ thống ghép kênh, n thiết bị chia sẻ thông lượng của mộtđường kết nối đơn Hình 8.1b thể hiện khuôn dạng cơ bản của một hệ thốngghép kênh Trong đó, 4 thiết bị ở phía bên trái là các dòng truyền dẫn của chúngtới một bộ phận được gọi là bộ ghép kênh – MUX (Multiplexer), bộ phận nàylàm nhiệm vụ tổ hợp chúng thành một dòng đơn (nhiều thành một) Tại đầu cuốiphía bên thiết bị nhận, dòng truyền dẫn đó được truyền vào một bộ tách kênhDEMUX (DEMUltipleXer), thiết bị này có nhiệm phân tách dòng truyền dẫn đótrở lại thành các thành phần truyền dẫn ban đầu (một thành nhiều) và chuyểnchúng thành dạng mong đợi của thiết bị nhận

Hình 8.1b từ path (đường dẫn) có nghĩa nói đến đường truyền vật lý Từchannel (kênh) nghĩa là một phần của đường dẫn đảm tín hiệu truyền dẫn giữamột cặp thiết bị được cho Một đường dẫn có thể có nhiều (n) kênh.

Hình 8.1 Ghép kênh và không ghép kênh

Các tín hiệu được ghép kênh sử dụng 3 kỹ thuật chính: Ghép kênh theotần số - FDM (Frequency-Division Multiplexing), Ghép kênh theo thời gian –TDM (Time Division Multiplexing), Kỹ thuật ghép kênh theo sóng ánh sáng –WDM ( Wave Division Multiplexing) TDM được chia nhỏ hơn thành TDMđồng bộ và TDM không đồng bộ, còn được gọi là TDM thống kê hay tập trung(xem hình 8.2)

Hình 8.2 Phân loại các phương pháp ghép kênh

8.2 GHÉP KÊNH THEO TẦN SỐ FDM

Ghép kênh theo tần số FDM là một kỹ thuật tương tự có thể được áp dụng khibăng tần của một đường kết nối lớn hơn tổng băng tần của các tín hiệu đượctruyền dẫn Trong FDM, các tín hiệu được tạo ra bởi từng thiết bị gửi điều chếcác tần số sóng mang khác nhau Các tín hiệu được điều chế này sau đó được

hợp lại thành một tín hiệu tổ hợp để có thể được truyền trên đường kết nối Cáctần số sóng mang được phân tách với băng tần đủ lớn để cung cấp cho tín hiệuđược điều chế Những khoảng băng tần này là các kênh qua đó nhiều tín hiệu điqua Các kênh phải được phân tách bằng các khoảng băng tần không sử dụng(được gọi là các băng tần bảo vệ guard band) để tránh không cho các tín hiệuxếp chồng lên nhau Thêm nữa, các tần số sóng mang không được làm nhiễu cáctần số của dữ liệu gốc Thất bại trong bất kỳ điều kiện nào cũng có thể là nguyênnhân làm cho việc khôi phục các tín hiệu dữ liệu gốc trở nên khó có thể thựchiện.

Hình 8.3 cho chúng ta cái nhìn khái quát về FDM Trong hình minh họanày, đường truyền dẫn được chia thành 3 phần, mỗi phần biểu diện một kênhcho truyền dẫn tín hiệu Chúng ta hãy hình dung có 3 đường nhỏ hòa chung vàovới nhau để hình thành lên một đường cao tốc có 3 làn xe Một trong 3 đườngnày tương ứng với một làn xe của đường cao tốc Mỗi xe hòa nhập vào đườngcao tốc từ một trong những đường đó vẫn có làn đường riêng của nó và có thểchuyển đi mà không làm ảnh hướng tới các xe khác ở các làn đường khác

Hình 8.5 là một minh họa trên miền tần số cho cùng một khái niệm (Chú ý rằngtrục hoành của hình này biểu diễn tần số chứ không phải thời gian) Tất cả 3 tần

số sóng mang tồn tại cùng một thời điểm bên trong băng tần) Trong FDM, các

tín hiệu được điều chế trên các tần số sóng mang riêng biệt (f1, f2 và f3) sử dụngđiều chế AM hoặc FM Như đã đề cập tới ở chương 5, điều chế một tín hiệu trênmột tín hiệu khác cho kết quả là trong một băng tần gấp ít nhất 2 lần tín hiệugốc Để cho phép sử dụng đường dẫn hiệu quả hơn, băng tần thực tế có thể đượclàm thập đi bằng cách chặn nửa băng tần sử dụng các kỹ thuật vượt quá phạm vibàn luận của sách này Trong hình minh họa này, băng tần của tín hiệu tổng hợpkết quả lớn hơn 3 lần băng tần của từng tín hiệu đầu vào: gấp 3 lần băng tần để

có thể cung cấp các kênh cần thiết cộng thêm băng tần bổ sung để cho khoảngbăng tần bảo vệ cần thiết

Hình 8.5 Quá trình ghép kênh theo miền tần số FDM

Tách kênh – Demultiplexing

Bộ tách kênh sử dụng một chuỗi các bộ lọc để phân tích tín hiệu được ghép kênhthành các tín hiệu thành phần liên tục của nó Các tín hiệu riêng lẻ sau đó đượctruyền qua một bộ tách kênh nhằm thực hiện phân tách chúng từ các tín hiệusóng mang của chúng và truyền chúng tới các bên gửi đang đợi Hình 8.6 là hìnhminh họa theo miền thời gian của phương pháp tách kênh theo tần số, ở đây thiết

bị điện thoại được sử dụng làm các thiết bị truyền thông

Hình 8.6 Quá trình tách kênh FDM theo miền thời gian

Hình 8.7 Quá trình tách kênh FDM theo miền tần số

8.3 PHƯƠNG PHÁP GHÉP KÊNH THEO SÓNG ÁNH SÁNG - WDM (Wave Division Multiplexing)

WDM là một khái niệm giống như FDM, ngoại trừ việc ghép và táchkênh trên các tín hiệu ánh sáng được truyền qua các đường cáp quang Ý tưởngcũng giống như việc chúng ta tập hợp các tín hiệu khác nhau của các tần số khácnhau Tuy nhiên, sự khác nhau ở chỗ các tần số là rất cao

Hình 8.8 cho chúng ta cái nhìn khái quát về bộ ghép và tách kênh WDM.Các băng tần rất hẹp của ánh sáng từ nhiều nguồn khác nhau được tổ hợp lại đểtạo thành một băng tần sóng ánh sáng có độ rộng lớn hơn Bên phía nhận, các tínhiệu này được phân tách bởi bộ tách kênh

Hình 8.8 WDM

Có thể có người đang phân vân về cơ chế hoạt động của một WDM Mặc

dù công nghệ là rất phức tạp, nhưng ý tưởng thì rất đơn giản Chúng ta muốn tổhợp nhiều nguồn sóng ánh sáng thành một sóng ánh sáng ở bộ ghép kênh và sau

đó làm ngược lại ở phía bộ tách kênh Tổ hợp và chia lại các nguồn sóng ánháng được xử lý một cách dễ dàng bởi một lăng kính Chúng ta đã biết rằng lăngkính cho phép bẻ cong một tia sáng dựa trên góc tới xác định và tần số (λ=v/f, vvận tốc lan truyền, λ là bước sóng) Sử dụng kỹ thuật này, một bộ ghép kênh cóthể được tạo thành bằng việc tổ hợp nhiều tia sáng đầu vào, mỗi tia sáng chứamột băng tần thấp, thành một tia sáng đầu ra có băng tần rộng hơn Một bộ táchkênh có thể được tạo thành bằng việc thực hiện quá trình ngược lại Hình 8.9minh họa khái niệm này

Hình 8.9 Các lăng kính trong phương pháp ghép kênh và tách kênh WDM

8.4 BỘ GHÉP KÊNH THEO THỜI GIAN TDM

TDM là quá trình xử lý số có thể được áp dụng khi khả năng tốc độ dữliệu của phương tiện truyền dẫn lớn hơn nhiều so với tốc độ dữ liệu được yêucầu bởi bên thiết bị gửi và nhận Trong trường hợp như thế, các truyền dẫn cóthể chiếm dụng một đường kết nối đơn qua việc chia nhỏ chúng và xen vào cácphần/

Hình 8.10 cho chúng ta cái nhìn khái quát về TDM Tuy nhiên cần chú ýrằng đường kết nối được sử dụng giống như ở FDM; ở đây đường kết nối đượcthể hiện theo từng bộ phận theo thời gian thay vì tần số

Trong hình về TDM, các phần của các tín hiệu 1,2,3 và 4 chiếm dụngđường kết nối một cách tuần tự Chúng ta có thể tưởng tượng như một thang kéoxki (để kéo hoặc mang những người trượt tuyến tới một đường dốc) phục vụnhiều chuyến Mỗi chuyển có đường đi của chính nó và những người trượt tuyếttrên mỗi đường đến lượt lên thang Khi mỗi ghế trên thang di chuyển đến đỉnhnói, người trượt tuyết xuống thang và thực hiện trượt xuống núi theo thứ tựtrong thứ tự lượt trượt của mình trên đường trượt