Bài giảng truyền số liệu đỗ văn hải

M cl c M cl c M c l c Ch ng 1- M đ u I- L ch s II- Khái quát chung v m ng vi n thông 1- Các d ch v vi n thông 2- M ng vi n thông III- u m c a thông tin s Câu h i cu i ch ng Ch ng 2- Nh ng khái ni m c b n I- Khái ni m chung 1- Tin t c, d li u, tín hi u 2- B ng thông : 10 3- Topology ph ng th c liên l c 11 4- Các ph ng pháp truy n 11 II- H th ng truy n t ng t 12 III- H th ng truy n s 12 1- S đ kh i 12 2- V n t c truy n tín hi u 12 3- Truy n n i ti p song song 13 4- Truy n đ ng b b t đ ng b 13 IV- H th ng m mô hình OSI 13 Câu h i cu i ch ng 14 Ch ng 3- Chuy n đ i t ng t - s 15 I- K thu t u xung mã (PCM) 15 1- L y m u (Sampling) 15 2- L ng t hoá (Quantizing) 15 3- Mã hóa (Encoding) 17 II- i u ch Delta (DM - Delta Modulation) 17 III- DPCM ADPCM 17 Câu h i cu i ch ng 19 Ch ng 4- Giao ti p v t lý 20 I- Môi tr ng truy n d n 20 1- Cáp đ ng 20 2- Cáp quang (Optical Fiber, Fiber Optic Cable) 21 3- Môi tr ng vô n 23 II- S suy gi m bi n d ng tín hi u (Attenuation & Distortion) 27 1- S suy gi m 27 2- B ng thông gi i h n 27 3- S bi n d ng tr pha 28 4- Nhi u 29 Câu h i cu i ch ng 29 Ch ng 5- Mã hóa s li u 30 I- Truy n s li u b ng c s 30 M cl c 1- Khái quát 30 2- Các d ng mã ph bi n 30 3- K thu t ng u nhiên hóa (Scrambling techniques) 33 4- Thu b ng c s 34 5- Chu n giao ti p b ng c s 34 II- Truy n s li u b ng r ng 36 1- Ði u ch biên đ (Amplitude Modulation, AM) 36 2- Ði u ch t n s (Frequency Modulation, FM) 36 3- Ði u ch pha ( M) (đ tránh nh m PM u ch xung) 37 III- K thu t ghép kênh (Multiplexing) 37 1- Frequency Division Multiplexing, FDM 37 2- Time Division Multiplexing, TDM 38 Câu h i cu i ch ng 40 Ch ng 6- Giao ti p truy n s li u 41 I- H th ng truy n s li u 41 II-Truy n n i ti p không đ ng b 41 Nguyên t c đ ng b bit 42 Nguyên t c đ ng b ký t 42 Nguyên t c đ ng b khung 42 M t s vi m ch giao ti p thông d ng 42 III Truy n n i ti p đ ng b 43 So sánh truy n đ ng b b t đ ng b 43 Giao th c h ng ký t (đi u n byte) 43 Giao th c h ng bit 44 M t s vi m ch truy n đ ng b thông d ng 52 Câu h i cu i ch ng 52 Ch ng 7- X lý s li u truy n 53 I- Phát hi n l i s a sai 53 1- Ph ng pháp ki m tra ch n l (parity) 54 2- CRC - Ki m tra d th a theo chu k 55 3- Mã s a sai Hamming 56 II- Nén d li u 56 1- Các lo i d th a d li u 57 2- Mã Huffman 57 3- Mã Run length 58 4- Mã vi phân (Differential encoding) 58 5- Thu t toán nén LZW (Lempel-Ziv-Welch) 59 III- B o m t d li u 62 1- T ng quan v thu t toán mã m t 62 2- M t s thu t toán mã m t v i khoá bí m t 65 3- Giao th c mã m t 66 4dài khoá 68 5- Qu n lý khoá 69 Câu h i cu i ch ng 70 Ch ng 8- i u n liên k t s li u 71 I- t v n đ 71 M cl c II- Ki m soát l i (error control) 71 1- Idle RQ (Stop and wait ARQ) 72 2- RQ liên t c (continuous RQ) 74 III- i u n lu ng (flow control) 76 1- i u n lu ng d ng ch 76 2- C a s tr t (sliding window) 76 Câu h i cu i ch ng 77 Tài li u tham kh o 78 Ch Ch ng 1- M đ u n g 1- M đ u I- L ch s Có th coi l ch s thông tin d li u b t đ u vào n m 1837 v i s phát minh n tín c a Samuel F B Morse Ðó h th ng truy n xung n bi u di n cho d u ch m, v ch (t ng đ ng v i s nh phân 1, 0) đ ng dây đ ng nh máy c n Các t h p khác c a mã thay cho ch , s , d u đ c g i mã Morse B n n tín đ u tiên đ c phát hi n Anh Charles Wheatstone William Cooke th c hi n nh ng h th ng c a h ph i dùng đ ng dây N m 1874, Emile Baudot thi t k đ c máy phát dùng ph truy n lúc b n tin m t đ ng dây ng pháp d n kênh, có th N m 1876, Alexander Graham Bell đ a n tín lên m t b c phát tri n m i: s đ i c a n tho i Thay chuy n b n tin thành chu i mã Morse, Bell cho th y r ng ng i ta có th truy n th ng tín hi u n đ c tr ng cho ti ng nói đ ng dây Nh ng h th ng n tho i đ u tiên c n c p đ ng dây khác cho hai ng i mu n trao đ i thông tin v i nhau, m t ng i ph i n i n tho i c a vào đ ng dây n i v i n tho i c a ng i mà mu n liên l c D n d n s k t n i đ c th c hi n b i t ng đài c khí r i t ng đài n t s , Ng i ta không bi t h th ng ho t đ ng th nào, ch c n quay (bây gi b m) s đ c k t n i N m 1899, Marconi thành công vi c phát tin b ng vô n Có th nói n tín ph ng ti n nh t đ c dùng đ phát tin xa cho đ n n m 1920, lúc đài phát th ng m i đ u tiên đ i II- Khái quát chung v m ng vi n thông 1- Các d ch v vi n thông • Tho i (voice, speech): chi m 60%-70% o Tín hi u tho i t ng t (analog): b ng t n c s 0,3-3,4kHz o Tín hi u tho i s (digital): t c đ c s 64kbps ⇒ M ng n tho i công c ng PSTN-Public Switched Telephone Network • Âm nh c (audio) • Video • Fascimile (FAX) • i n báo (telex, telegraph): Truy n ký t d i d ng mã nh mã Baudot (5 bit), ASCII (7 bit) • S li u (data) 2- M ng vi n thông Ch TE SL ng 1- M đ u TL Ni Nj Nk N (Node): nút m ng • Chuy n m ch (Switching) o Chuy n m ch kênh o Chuy n m ch gói • B t p chung (Concentrator) TL (Transmission Link): Tuy n truy n d n SL (Subscriber Line): ng dây thuê bao TE (Terminal Equipment): Thi t b đ u cu i Phân lo i m ng vi n thông • Theo tín hi u o M ng t ng t ̇ Tín hi u {N, TL} t ng t ̇ TL: Trung k t ng t , ghép kênh theo t n s (FDM) o M ng s ̇ {N, TL} tín hi u s ̇ Trên {SL} có th s ho c t ng t ̇ TL: Trung k s , ghép kênh theo th i gian (TDM) • Theo ph ng th c chuy n m ch o M ng chuy n m ch kênh: ̇ c cung c p m t kênh v t lý c đ nh su t th i gian thông tin o M ng chuy n m ch gói ̇ Thông tin đ c chia thành gói nh , có đ a ch ngu n đích ̇ Liên l c v i qua m t kênh logic III- u m c a thông tin s • Kh n ng ch u nhi u cao Ch • • • • • ng 1- M đ u Không nh y c m v i sai s linh ki n (do ch t o, th i gian, nhi t đ , ) Ph n c ng r (khi s n xu t l n) Tính t ng thích linh ho t Tính b o m t cao Câu h i cu i ch ng T i c n ph i có chuy n m ch? N u m t m ng có thi t b truy n thông mà chuy n m ch mu n thi t b liên l c đ c v i c n k t n i? Hãy so sánh v n t t m ng chuy n m ch kênh m ng chuy n m ch gói Hãy so sánh kh n ng ch u nhi u c a tín hi u s tín hi u t ng t Ch Ch ng 2- Nh ng khái ni m c b n ng 2- Nh ng khái ni m c b n (BASIC CONCEPTS) I- Khái ni m chung 1- Tin t c, d li u, tín hi u Nhi u Tr m thu Tr m phát Ngu n tin thi t b vào Thông tin Máy phát D li u tr Môi ng Máy thu thi t b Nh n tin Tín hi u • Thông tin (Information): thu c tính c a ng i v i hi u bi t xung quanh (x) • Ngu n tin (Source): t p h p tin ch a X={x} • D li u (Data): trình v t lý ch a thông tin Quá trình chuy n t thông tin sang d li u g i mã hoá (encoding) • Tín hi u (Signal): trình v t lý mang thông tin, ph i phù h p v i môi tr ng lan truy n • Môi tr ng lan truy n (Medium): t n t i v t lý mà có th lan truy n n i khác Môi tr ng c h c, môi tr ng n Các tham s c a môi tr ng truy n o Suy gi m o B ng thông o D i đ ng: truy n sóng, nhi u, tr C ng đ tín hi u: C ng đ c a tín hi u th ng đ c bi u di n b i công su t ho c n áp t ng tr t i c a Ta ph i nói tín hi u có công su t 200mW ho c có biên đ 100mV t ng tr 50Ω T s c ng đ hai tín hi u: dùng mô t đ l i ho c đ suy gi m c a h th ng, th ng đ c bi u di n b ng đ n v Decibel (dB) xác đ nh theo thang logarithm: T s tín hi u = 10log(P2/P1) [dB] S ti n l i c a đ n v dB ng i ta có th xác đ nh đ l i (hay đ suy gi m) c a m t h th ng g m nhi u t ng n i chu i (cascade) b ng cách c ng đ l i c a t ng v i Ng i ta th ng bi u th công su t t đ i c a m t tín hi u b ng cách so sánh v i m t tín hi u chu n có công su t 1W : Ch ng 2- Nh ng khái ni m c b n dB Công su t tín hi u = 10log Ngoài ra, ng i ta dùng đ n v dBm đ xác đ nh c chu n có công su t 1mW : Công su t tín hi u = 10log M t tín hi u có công su t 1W t ng đ ng đ tín hi u so v i tín hi u dBm ng v i dB 30dBm Thí d : Tín hi u có biên đ 100mV 50Ω t ng đ ng v i 0,2 mW, tính theo dB là: 10log(0,2/1W) = - dB D u tr cho bi t m c tín hi u -7 dB d i 1W Tính theo dBm 10log(200mW/1mW)=23dBm (-7 + 30dB) L u ý, chuy n đ i đ n v ph i đ ý đ n t ng tr t i c a tín hi u Bi u th c P = ( V2/R ) có th đ c dùng đ tính n áp hi u d ng ho c t s n áp Trong h th ng n tho i t ng tr t i th ng dùng 600Ω N u tín hi u có chung t ng tr t i : T s tín hi u = 20log DB T s tín hi u nhi u SNR (Signal to Noise Ratio) Ð đánh giá ch t l ng c a tín hi u c ng ch t l ng c a h th ng truy n tín hi u ng i ta dùng t s tín hi u nhi u SNR Ðây t s công su t tín hi u có ích công su t tín hi u nhi u, th ng tính b ng dB N u tín hi u dBm có m c nhi u -20 dBm, t s SNR 22 dB Nói cách khác m c tín hi u l n h n m c nhi u 22 dB Ví d : V i tín hi u s đ n c c, SNR t i thi u ph i đ có th phân bi t đ c tín hi u m t cách rõ ràng ( nh h ng c a nhi u ch p nh n đ c)? Gi s biên đ ng v i m c V V cho m c 0, m t l i s phát sinh n u m c đ c phát mà nhi u có giá tr d ng l n h n 0,5 V n u m c phát mà nhi u có biên đ âm tr t đ i l n h n 0,5 V Nh v y giá tr t i đa cho phép c a nhi u 0,5 V so v i tr t i đa c a tín hi u V t s SNR t i thi u là: SNRMIN = M t h th ng hay m ch t t có kh n ng nâng cao t s tín hi u nhi u SNR theo yêu c u 2- B ng thông : B ng thông c a tín hi u d i t n s ch a h u h t công su t c a tín hi u Khái ni m cho ta xác đ nh ph t n h u ích c a tín hi u n u tín hi u ch a m t ph t n r ng 10 Ch ng 2- Nh ng khái ni m c b n B ng thông c a kênh truy n d i t n s c a tín hi u mà đ suy gi m kho ng vài dB (th ng dB) so v i giá tr c c đ i tín hi u truy n qua h th ng Ð suy gi m dB t ng ng v i m n a công su t M t kênh truy n t t ph i có b ng thông l n h n b ng thông c a tín hi u, u n cho tín hi u đ c tái t o không b méo d ng suy gi m đáng k trình truy n P 3dB f B 3- Topology ph ng th c liên l c a Topology Ði m - m (Point to point): Thí d liên l c gi a máy tính máy in a m (Multipoint): H th ng nhi u m có th có m t d ng: (star), vòng (ring) multidrop b Ph ng th c th c liên l c Gi a máy phát thu m t h th ng thông tin có th th c hi n theo ph ng th c: • Ð n công (Simplex transmission, SX): thông tin ch truy n theo m t chi u N u l i x y máy thu cách yêu c u máy phát phát l i Trong h th ng th ng máy thu có trang b thêm b ROP (Read Only Printer) đ hi n th thông tin nh n đ c • Bán song công (Half duplex transmission, HDX): Tín hi u truy n theo hai h ng nh ng không đ ng th i H th ng thông tin dùng Walkie - Talkie m t thí d c a ph ng th c liên l c bán song công Các máy truy n bán song công có m t nút n đ phát (push to send), ch đ phát ph n thu b vô hi u hóa ng c l i • Song công (full duplex transmission, FDX): Tín hi u truy n theo hai chi u đ ng th i H th ng th ng có đ ng dây, dây cho m i chi u truy n Ph ng th c đ c dùng h th ng m - m (point to point) • Song công toàn ph n (Full/Full-duplex, F/FDX): Ðài s c p có kh n ng phát tín hi u t i m t đài th c p đ ng th i nh n thông tin t m t đài th c p khác Ph ng th c gi i h n h th ng nhi u m (multipoint) 4- Các ph ng pháp truy n Ð truy n tín hi u ng i ta có th dùng m t hai ph ng pháp: • Ph ng pháp truy n d i n n (Base band): Tín hi u đ c truy n có d i t n v i tín hi u ngu n Thí d n tho i, tín hi u âm h u ích có t n 11 Ch ng 2- Nh ng khái ni m c b n s kho ng 300-3000 Hz đ c truy n mà s bi n đ i v ph t n c a • Ph ng pháp u ch (Broad band): Ðây ph ng pháp cho phép d i ph t n c a tín hi u ngu n đ n m t kho ng t n s khác phù h p v i kênh truy n tránh đ c nhi u giao thoa (ngh a ph t n cách m t kho ng đ đ không ch ng lên nhau) II- H th ng truy n t ng t H th ng truy n t ng t dùng ph ng pháp u ch III- H th ng truy n s 1- S đ kh i 2- V n t c truy n tín hi u M t nh ng đ c tr ng quan tr ng đ đánh giá ch t l ng m t h th ng truy n s v n t c truy n tín hi u (baud rate), đ c tính b ng baud nh ngh a: Baud v n t c thay đ i tr ng thái sóng mang (s l n thay đ i sóng mang m t giây) g i v n t c u ch (baud rate) Trong th c t ng i ta hay dùng đ n v bit/s (bps) v n t c truy n bit (bit rate), t c s bit mà h th ng truy n m t giây Trong h th ng truy n nh phân, sóng mang ch đ c u ch b i m t hai tr ng thái c a tín hi u, v n t c bit v n t c tín hi u b ng (s bit/s = s baud) Trong h th ng truy n nh phân hai bit, s l ng bit s g p đôi s tín hi u (v n t c thay đ i bit nhanh g p đôi v n t c thay đ i sóng mang), nh v y s bit/s g p đôi s baud 12 Ch ng 7- X lý s li u truy n 2- M t s thu t toán mã m t v i khoá bí m t a- Mã Caesar (Caesar cipher) Còn g i mã m u t đ n (mono-alphabetic cipher) Ðây lo i m t mã có s m nh t đ n gi n nh t Ng i ta s thay ký t c a b n tin b ng ký t khác theo m t qui lu t đó, thí d b ng cách c ng m t s nguyên vào mã ASCII c a ký t ta s có m t b n tin m t Thí d c ng vào mã ASCII ta s có ký t B thay cho A, C thay cho B Và n i nh n s gi i mã b ng cách tr cho mã nh n đ c tr c tra b ng mã ASCII Vì gi i thu t t o mã đ n gi n nên b n tin có th đ c gi i mã m t cách d dàng mà không c n bi t tr c khóa Thí d , ti ng Anh, ký t E, T, O N ký t th ng xu t hi n nhi u l n v n b n nên g p b n mã ng i ta có th thay ký t l p l i nhi u l n b ng ký t Sau vài th nghi m có th th y đ c qui lu t suy b n tin b- Mã đa m u t (Poly-alphabetic cipher) Ð tránh vi c l p l i ký t b n m t mã, ng i ta dùng lo i mã đa m u t , t ng t mã Caesar, m i ký t c ng đ c thay b i m t ký t khác, nh ng ký t gi ng không ph i đ c thay b ng m t ký t nh t, mà s đ c thay b ng ký t khác tùy theo v trí c a c- Mã chuy n v (Transposition cipher) Ng i ta s s p x p l i th t ký t c a b n v n b ng cách l u chúng m t m ng chi u m c t, m ký t đ u tiên s cho vào hàng th nh t, m ký t k ti p cho vào hàng th hai, c th ti p t c cho h t b n tin, sau hoán đ i v trí c t theo th t m i, gi s p1, p2 pm S hoán đ i có th th c hi n m t cách ng u nhiên ho c theo m t qui lu t đ nh tr c B n tin s đ c truy n theo th t t p1, p2 đ n pm Rõ ràng b n tin mã hóa không m t dáng d p c a b n tin ban đ u Nh ng ph ng pháp v n khuy t m s l p l i c a ký t N u k gian xác đ nh đ c m t mã dùng lo i chuy n v kh n ng gi i đ c mã không khó l m d- Mã DES (Data Encryption Standard) Mã DES đ c phát tri n b i IBM vào nh ng n m đ u th p niên 70, đ c xem nh chu n vi c t o m t mã dùng th ng m i nh ng tin t c không coi bí m t ng i ta ch t o chip VLSI đ th c hi n vi c t o mã nhanh h n DES chia b n tin thành t ng kh i 64 bit dùng khóa 56 bit đ th c hi n trình t o mã r t ph c t p bao g m k thu t nh chuy n v , thay th , toán t EX-OR vài x lý khác đ t o nên m t b n mã 64 bit Ti n trình th c hi n g m: 65 Ch ng 7- X lý s li u truy n • B c 1: Chuy n v 64 bit d li u 56 bit khóa • B c 2: g m 16 l n th c hi n s mã hóa t ng t nh ng v i khóa khác nhau, d li u c a l n th c hi n tr c s d li u vào c a l n th c hi n sau • B c 3: Tr n 32 bit đ u 32 bit cu i • B c 4: Th c hi n l n chuy n v cu i 3- Giao th c mã m t a- Giao th c truy n thông s d ng mã m t v i khoá bí m t Giao th c đ A g i m t thông p mã m t cho B • A B đ ng ý m t h th ng mã m t CS • A B đ ng ý m t khoá K • A dùng khoá K đ mã hoá thông p c n g i theo thu t toán mã m t CS thu đ c m t thông p mã m t • A g i thông p mã m t t i B • B gi i mã thông p nh n đ c s d ng khoá K theo thu t toán mã m t CS B s thu đ c thông p c a A Các v n đ c a h th ng mã m t v i khoá bí m t: • Khoá K ph i đ c phân ph i m t cách bí m t Giá tr c a khoá t ng đ ng v i giá tr c a thông tin c n đ c b o v thông p g i • N u khoá K b đánh c p, tin t c có th gi i mã m t m i thông p đ c mã m t v i khoá ho c gi danh ng i g i thông p đ g i thông p sai t i ng i nh n • Gi s m t khoá K đ c s d ng cho ng i m ng, s l ng khoá s t ng lên nhanh chóng t c đ t ng c a ng i dùng m ng M t m ng v i N ng i s d ng s c n có N(N-1)/2 khoá đ giao ti p t ng đôi m t v i Do v y s l ng khoá s vô l n b- Giao th c truy n thông s d ng mã m t v i khoá công khai Giao th c đ A g i m t thông p cho B s d ng h th ng mã m t v i khoá công khai: • A B đ ng ý m t h th ng mã m t CS • B g i cho A publickey c a • A mã m t thông p c n g i b ng publickey c a B theo h th ng mã m t CS g i thông p mã m t cho B • B s gi i mã m t thông p nh n đ c b ng privatekey c a theo h th ng mã m t CS Thông th ng, m t m ng ng i dùng s đ ng ý ch p nh n s d ng m t h th ng mã m t v i khoá công khai M i ng i đ u s h u (publickey, privatekey) c a mình, 66 Ch ng 7- X lý s li u truy n publickey đ c đ a lên m t c s d li u công c ng Khi giao th c c đ n gi n đi: A l y publickey c a B t c s d li u công c ng A mã m t thông p c n g i s d ng publickey c a B g i thông p mã m t cho B • B s d ng privatekey c a minh đ gi i mã m t thông p nh n đ c s đ • • c- Giao th c truy n thông s d ng ch ký n t Giao th c truy n thông s d ng ch ký n t ph i đ m b o đ c y u t sau: • Ch ký n t không gi m o đ c • Ch ký n t ph i ki m tra đ c • Ch ký n t ch dùng m t l n, không s d ng l i đ c • Ch ký n t không th ch i b đ c • Ch ký n t đ c dùng đ niêm phong thông p * Giao th c ch ký n t s d ng h th ng mã m t khoá t ng đ ng: Trong tr ng h p này, c n có m t ng i làm trung gian T T ph i đ c c bên tin t ng trung th c công b ng T có th giao ti p c v i A B, chia s khoá bí m t KA v i A, m t khoá bí m t khác KB v i B Nh ng khoá đ c sinh tr c giao th c b t đ u, có th đ c s d ng l i nhi u l n • A mã m t thông p c n g i t i B s d ng KA g i thông p mã m t cho T • T gi i mã thông p s d ng khoá KA • T l y thông p gi i mã m t m t ch ng nh n r ng v a m i nh n đ c thông p c a A, sau mã hoá toàn b gói tin v i khoá KB • T g i gói tin mã m t cho B • B gi i mã m t gói tin s d ng khoá KB Anh ta s đ c đ c thông p A g i ch ng nh n c a T v vi c A g i * Giao th c ch ký n t s d ng h th ng mã m t v i khoá công khai: • A mã m t v n b n c n g i s d ng privatekey c a • A g i v n b n ký (đã mã m t) t i B • B gi i mã m t v n b n s d ng publickey c a A Nh ng đ c m d nh n th y là, giao th c không c n s có m t c a ng i trung gian T Nó c ng khác v i thu t toán mã m t dùng khoá công khai A s d ng privatekey c a đ mã m t thay publickey c a B nh thu t toán mã m t tránh vi c B s d ng l i v n b n có ch ký c a A, v n b n th ng g n kèm theo m t nhãn th i gian 67 Ch ng 7- X lý s li u truy n * Giao th c ch ký n t s d ng h th ng mã m t v i khoá công khai hàm b m m t chi u: Trên th c t , vi c s d ng thu t toán mã m t v i khoá công khai đ ký m t v n b n dài r t khó th c hi n thu t toán t ng đ i ch m Vì v y thay ph i ký c v n b n, ta ch ph i ký lên giá tr b m c a v n b n mà • A sinh m t giá tr b m m t chi u c a v n b n • A mã m t giá tr b m s d ng privatekey c a • A g i v n b n giá tr b m m t chi u ký t i B • B nh n v n b n, sinh giá tr b m m t chi u c a v n b n nh n đ c S d ng publickey c a A đ gi i mã m t giá tr b m A g i t i N u giá tr b m B sinh phù h p v i giá tr b m A g i t i, ch ký n t h p l Ngoài vi c t ng t c trình th c hi n giao th c, vi c s d ng hàm b m m t chi u có m t s u m khác: Th nh t, ch ký đ c tách riêng kh i v n b n Th hai, dung l ng b nh c n dùng đ l u v n b n ch ký gi m đáng k 4dài khoá Các thu t toán khác có m c đ an toàn khác nhau, ph thu c vào đ khó đ b khoá h th ng mã m t đ c xây d ng thu t toán mã m t M t h th ng mã m t đ c coi an toàn khi: • N u chi phí b đ phá v thu t toán mã m t cao h n giá tr c a thông tin mã m t • Th i gian đ phá v thu t toán nhi u h n th i gian mà thông tin mã m t c n đ c trì s an toàn • L ng thông tin đ c mã m t v i khoá đ n h n l ng thông tin c n thi t đ phá v thu t toán Tuy v y không th kh ng đ nh r ng m t thu t toán an toàn t đ i, ng i xây d ng lên thu t toán, c ng s ng i s tìm cách đ phá v a- dài c a khoá thu t toán mã m t khoá bí m t an toàn c a m t h th ng mã m t khoá t ng đ ng m t hàm c a hai v n đ : s c m nh c a thu t toán đ dài c a khoá V i khoá có đ dài bit, ta s có th có đ c 256 khoá khác Do v y s c n 256 l n th đ tìm khoá N u khoá có đ dài 56 bit, s có 256 khoá khác có th có, v y n u m t siêu máy tính có kh n ng th đ c m t tri u khoá m t giây, c ng ph i m t 2285 n m đ tìm khoá Nh v y có th nói v i s đ dài l n kh n ng tìm khoá g n nh không th th c hi n đ c m t kho ng th i gian chi phí ch p nh n đ c Trong thu t toán mã m t v i khoá t ng đ ng th c t DES s d ng khoá có đ dài 56 bit, Blowfish RC5 s d ng khoá có đ dài 64 bit 68 Ch ng 7- X lý s li u truy n bdài c a khoá thu t toán mã m t khoá công khai Vi c tìm privatekey bi t publickey đòi h i nh ng chi phí tính toán r t l n, nhiên theo khuy n ngh c a chuyên gia nghiên c u v mã m t, đ dài khóa thu t toán mã m t khóa công khai, ph i không h n 512 bit Ngày khoá có đ dài 1024 bit th ng đ c s d ng Nh ng n u v i m t khoá 1024 bit mà c n ph i l u 20 n m đ dài l i tr nên khiêm t n • i v i cá nhân, có th s d ng khoá v i đ dài 512bit, 1024 bit ho c 1280 bit • Các t ch c, t p đoàn có th s d ng khoá v i đ dài 1280 bit, 1536 bit ho c 2048 bit • Còn ph đ c khuy n ngh dùng khoá có đ dài 1536 bit ho c 2048 bit 5- Qu n lý khoá a- Qu n lý khoá bí m t Trong h th ng mã m t th c t , vi c qu n lý khoá v n đ khó nh t Vi c thi t k thu t toán mã m t an toàn giao th c cho thu t toán v n đ không h đ n gi n, nh ng vi c đ đ m b o r ng khoá đ c dùng đ c gi bí m t khó h n n a an toàn c a thu t toán d a hoàn toàn vào đ an toàn c a khóa N u ta s d ng m t ti n trình mã m t y u đ sinh khoá, toàn b h th ng c a ta c ng s y u M t v n đ không ph n quan tr ng khoá đ c sinh ph i có đ dài đ l n đ có th đ m b o tính an toàn cho h th ng N u ph i chuy n khoá cho thông qua m ng công c ng v n đ s ph c t p, m m u ch t A B ph i th ng nh t đ c m t cách th c an toàn mà bên có th đ t ni m tin vào Ho c A B có th trao đ i khoá cho qua đ ng khác nh đ a t , CDROM (t c không thông qua m ng công c ng) A B có th d dàng ki m soát đ c r ng A(B) g i khoá cho mà không ph i m t c tình gi m o Trong trình s d ng, l u tr khoá vòng đ i c a khoá c ng c n đ c quan tâm m c Th i gian t n t i khoá dài nguy c khoá b đánh c p hay b b s t ng, v y tr ng h p không c n thi t khoá c n đ c thay đ i c p nh t th ng xuyên b- Qu n lý khoá công khai H th ng mã m t s d ng khoá công khai làm cho vi c qu n lý khoá tr nên d dàng h n, v y v n t n t i v n đ c a riêng M i ng i s ch có m t publickey N u A mu n g i m t thông p t i B, ph i có đ c publickey c a B, s có cách đ có đ c publickey cua B: • A nh n t B • A l y t m t c s d li u công c ng • A l y t c s d li u cá nhân 69 Ch ng 7- X lý s li u truy n V n đ s là: A mu n g i m t thông p t i B A s vào c s d li u công c ng l y đ c publickey c a B Nh ng m t tin t c M, s gi m t publickey c a B c s d li u công c ng Nh v y, A dùng publickey c a M mã hoá thông p g i t i B M s ch n thông p l i, gi i mã m t đ c thông tin Sau M s mã m t thông p b ng publickey th t s c a B g i cho B Do v y c A B đ u không bi t đ c r ng M đ c đ c thông tin trao đ i gi a h M t gi i pháp đ gi i quy t v n đ là: s có m t t ch c đ ng đ ch ng th c publickey (publickey certificate), ch ng h n nh VeriSign Các t ch c d ng th ng đ c g i CA (Certificate Authority) T ch c s đ ng đ m b o r ng publickey c a B publickey l u thông tin cá nhân c a B nh tên, đ a ch Do v y A nh n đ c publickey c a B t m t CA có th tin t ng r ng publickey c a B Câu h i cu i ch ng Mã Hamming lo i mã phát hi n l i theo ki u nào: Ki m soát l i h ng t i hay ki m soát l i quay lui Cho m t t mã bit 1011011 đ c mã hoá theo ph ng pháp ki m tra ch n l m t bit Hãy cho bi t parity bit c a t mã v i tr ng h p parity ch n (even) phía thu n u thu đ c t mã 10110011 máy thu có phát hi n đ c sai không? T i mã hoá b ng mã nén Huffman t mã ph i có tính Prefix Hãy cho bi t s khác gi a nén có t n hao nén không t n hao Chúng đ c dùng đâu? 70 Ch Ch ng 8- i u n liên k t s li u ng 8- i u n liên k t s li u (DATA LINK CONTROL) I- tv nđ M t s yêu c u m c tiêu đ m b o hi u qu s liên l c gi a hai tr m truy n, nh n tr c ti p: • ng b khung: S b t đ u k t thúc m i frame c n v ch rõ • Các ph ng án thi t l p, hu b liên k t • i u n lu ng (flow control): Tr m g i c n g i d li u có t c đ phù h p đ tr m thu có th nh n đ c • Ki m soát l i: Phát hi n s a l i d li u • a ch hoá: Trong truy n multipoint s nh n d ng hai tr m c n bi t rõ Nh ng yêu c u s giao ti p v t lý không tho mãn đ c N u tr m mu n g i d li u đ n tr m khác, yêu c u đ u tiên tr m s n sàng nh n Tr m th n u s n sàng tr l i ACK (acknowledgment) Tr m th nh t s g i m t s d li u d ng frame (trong tr ng h p truy n không đ ng b d li u s dòng ký t ) Trong m t s tr ng h p sau truy n m t s d li u, tr m th nh t s t m d ng đ ch k t qu k t thúc truy n tr m th nh t s truy n tín hi u k t thúc truy n DISC-Frame ch m d t trao đ i, h thông tr v tr ng thái ban đ u Có pha trình u n: • Thi t l p • Truy n d li u • K t thúc Tr m đích Tr m ngu n Setup Frame UA-Frame UA-Frame : Unnumbered-Acknowledgment Frame I-Frame : Information Frame DISC-Frame : Disconnect Frame I - Frame ACK-Frame DISC-Frame UA-Frame II- 71 Ch ng 8- i u n liên k t s li u Ki m soát l i (error control) Có hai lo i l i: • M t frame: Frame b m t tr c đ n đích, làm cho bên phát cho r ng frame ch a đ c truy n • Frame b l i: Frame đ n đ c đích nh ng m t s bit b sai truy n H uh • • • t k thu t hi n cho vi c ki m tra sai d a c s sau: Phát hi n sai: ki m tra sai dùng FCS Báo nh n (ACK): Bên thu truy n ACK nh n đ c frame Truy n l i sau th i gian (time out): bên phát s truy n l i m t frame đ mà ch a nh n đ c ACK m t kho ng th i gian • NAK (Negative ACK): Bên thu tr l i tín hi u NAK có m t frame sai Th t c ki m soát l i g i ARQ (Automatic Repeat reQuest) Có hai lo i ARQ c b n: • Idle RQ: Hay g i là: d ng đ i ARQ (Stop and wait ARQ) • Continuous RQ o Truy n l i có l a ch n (selective repeat retransmission) o Truy n l i m t nhóm (go-back-N - retransmission) 1- Idle RQ (Stop and wait ARQ) Giao th c idle RQ ho t đ ng theo ch đ bán song công sau s c p (Primary) g i m t I-frame, ph i đ i cho đ n nh n m t thông báo c a th c p (Secondary) cho bi t frame nh n đ c có thành công hay không Sau đó, s c p g i frame k ti p n u frame tr c nh n t t ho c truy n l i m t b n copy c a n u không đ c nh n thành công Có hai ph ng pháp: • Truy n l i ng m đ nh (implicit retransmission): Th c p ch báo nh n ACK đ i v i nh ng frame nh n t t hi u r ng ACK có ngh a frame b h ng t đ ng truy n l i • Yêu c u rõ (explicit request): Th c p phát hi n m t frame h ng g i thông báo NAK yêu c u truy n l i Chú ý : • Th c p s gi l i m t b n copy c a frame v a truy n cho đ n nh n đ c ACK • N u m t frame truy n mà truy n ACK b m t sau m t th i gian ch tín hi u ACK c a th c p, s c p s truy n l i frame tr c Nh v y bên th c p s nh n b n c a frame tránh v n đ đó, frame thay đ i giá tr 0, 1: Ta có ACK0 ACK1 ACK0(ACK1) nh n đ c c a frame (0) ch r ng th c p s n sàng nh n frame (1) 72 Ch ng 8- i u n liên k t s li u Tr m đích (th c p) Tr m ngu n (s c p) Frame ACK Frame ACK Frame Time out frame m t truy n l i Frame truy n l i ACK Frame Time out ACK m t ACK Frame truy n l i lo i b frame trùng l p ACK Frame truy n lôi FCS Th i gian NAK V i yêu c u rõ Frame truy n l i ACK xác đ nh hi u su t ho t đ ng c a giao th c này, ta quan sát l u đ th i gian th c hi n phát m t khung s li u đ y đ nh sau (Hình d i) Tr m ngu n (s c p) Tr m đích (th c p) I-Frame (n) Tp = Th i gian lan truy n tín hi u Tix = Th i gian phát s li u Tip = Th i gian x lý s li u Tp ACK Tax = Th i gian phát ACK Tap = Th i gian x lý ACK I-Frame (n+1) Th i gian 73 Ch ng 8- i u n liên k t s li u Tp th i gian lan truy n tín hi u t P đ n S (và t S v P) Th i gian phát s li u Tix th i gian phát thông báo ACK Tax ph thu c vào đ dài khung d li u I-frame đ dài thông báo ACK t c đ truy n s li u c a đ ng truy n Tip Tap th i gian x lý khung s li u I-frame thông báo ACK Hi u su t ho t đ ng c a giao th c c ng hi u qu s d ng đ ng truy n đ c xác đ nh b ng t l gi a th i gian phát s li u Tix t ng s th i gian chi m d ng đ ng truy n T = (Tp+Tix+Tip) + (Tp+Tax+Tap) Bi t r ng thông báo ACK có đ dài nh h n nhi u l n so v i khung s li u I-frame th i gian x lý I-frame, ACK không đáng k , có th coi Tip=Tax=Tap=0 Ta có th tính hi u su t c a giao th c nh sau: U= Tix Ti x + 2Tp U= 1 + 2a hay v i a=Tp/Tix Ví d 1: Cho m t đ ng truy n có đ dài L=200km, t c đ truy n s li u video=1Mbps, t c đ lan truy n tín hi u D=2.108 m/s Tính hi u su t ho t đ ng c a giao th c “D ng Ch ” áp d ng cho đ ng truy n nói đ truy n khung s li u có đ dài c đ nh l=1000bit, bi t r ng th i gian x lý s li u x lý thông báo ACK c ng nh th i gian truy n thông báo ACK không đáng k áp án: U=0,33 Ví d 2: Gi thi t kênh truy n v tinh có nh ng thông s sau: • T c đ truy n s li u v=50kbps • Tr toàn ph n (round trip time) RTT=500ms • dài khung s li u lD=1000 bit • dài thông báo tr l i ACK lA=200 bit Tính hi u su t kênh truy n (đáp án=4%) Nh n xét? Nh n xét: • Giao th c Idle RQ hoàn toàn thích h p cho liên k t ng n t c đ v a ph i • u m c a idle RQ yêu c u kích th c b đ m t i thi u , c bên s c p th c p ch c n ch a đ m t frame Ngoài th c p ch ph i trì m t b n ghi đ xác đ nh frame nh n thành công sau đ phát hi n trùng l p c s d ng r ng rãi thi t b đ n gi n 2- RQ liên t c (continuous RQ) V i RQ liên t c, hi u su t s d ng liên k t đ c c i thi n C n m t liên k t song công đ th c hi n • P g i I-frame m t cách liên t c mà ch a c n ACK-frame tr v • P có m t danh sách truy n l i ch a I-frame ch a nh n đ c ACK-frame 74 Ch ng 8- i u n liên k t s li u • M i nh n đ c I-frame t t S tr l i m t ACK-frame • I-frame nh n mà l i đ c đ t vào m t danh sách liên k t nh n đ ch x lý Khi có m t l i truy n x y có hai cách có th đ c s d ng: • Truy n l i m t nhóm: S phát hi n frame b l i s yêu c u truy n l i t t c I-frame ch a đ c ACK k t th i m nh n đ c m t I-frame sau • Truy n l i có l a ch n: Ch truy n l i frame b h ng a- Truy n l i m t nhóm (Go-back-N) Khi S phát hi n I-frame có l i (frame2) ho c phát hi n I-frame đ n sai th t (do I-frame tr c b m t) Nó s g i NAK2 đ n P P vào tr ng thái truy n l i t m th i d ng truy n frame m i b t đ u truy n l i frame đ i báo nh n danh sách truy n l i Phía S lo i b frame cho đ n nh n đ c frame (2) Truy n l i ACK0 E ACK2 ACK1 NAK2 D D D ACK3 ACK4 ACK5 ACK6 Frame b b Error Gi đ nh m s S nh n t t đ c frame nhiên ACK frame 1, b h ng Khi nh n c ACK frame 3, m t ACK ch không ph i NAK nên P ch p nh n ACK3 báo nh n cho frame l i đ i (vì bi t S g i ACK1,2 i g i đ c ACK3) b- Truy n l i có l a ch n (Selective Repeat) Tr ng h p I-frame (2) b m t • S tr l i P b ng ACK 1, 3,… • Khi P nh n đ c ACK(3) P phát hi n r ng I-frame (2) không đ c báo nh n • P vào tr ng thái truy n l i, vi c truy n m t frame m i b hoãn l i cho đ n t t c frame không đ c báo nh n đ u truy n l i • P xoá I-frame(3) kh i danh sách truy n l i truy n l i I-frame (2) tr c truy n I-frame (7) Truy n l i ACK0 ACK3 ACK1 E Error ACK4 ACK5 ACK6 c gi l i S 75 ACK2 ACK7 ACK0 ACK1 Ch ng 8- i u n liên k t s li u V i tr ng h p I-frame nh n đ c t t nh ng ACK-frame b h ng, c ng gi ng nh tr ng h p Nh ng S nh n đ c b n truy n l i bi t b n trùng l p nên lo i b nh ng v n g i tr 1ACK-frame cho I-frame đ đ m b o P lo i b frame kh i danh sách truy n l i Nh n xét: Trong nhi u ng d ng, frame ph i đ c phân ph i th t gi ng nh đ c t o Do dó frame đ c nh n không th t ph i đ c l u gi t i S đ s p x p l i sau nh n đ c frame truy n l i Th ng frame có kích th c l n s l ng frame c n l u gi c ng nhi u Do dó đòi h i h th ng ph i có dung l ng l u gi l n Do v y, h u h t m ng đ u dùng l c đ u n truy n l i m t nhóm III- i u n lu ng (flow control) i u n lu ng k thu t b o đ m cho tr m thu có đ tài nguyên b nh đ ti p nh n d li u tr c x lý 1- i u n lu ng d ng ch P truy n m t I-frame nh n đ c I-frame S s g i tín hi u ch p nh n ACK 2- C a s tr t (sliding window) Ta bi t r ng v i l c đ (scheme) ki m soát l i Idle RQ ch t ch nhung không hi u qu vi c s d ng b ng thông V i l c đ ki m soát l i RQ liên t c, P có th g i I-frame m t cách liên t c tr c nh n đ c b t kì m t ACK V i l c đ S có th h t b nh Th ng ph i thêm vào l c đ m t thao tác u ch nh Trong s gi i h n s l ng I-frame đ i danh sách truy n l i Khi S b t i không g i ACK-frame n a v y danh sách truy n l i P t ng d n lên đ n lúc s đ n s gi i h n, P s ng ng g i I-frame cho đ n ACK kh i đ ng lu ng tr l i D ng lu ng Các frame đ c báo nh n Các frame đ i báo nh n Biên d i c a c a s LWE=lower window edge Các frame đ i truy n Biên c a c a s UWE=upper window edge C a s truy n K=3 S l ng I-frame b gi i h n b i m t s t i đa g i c a s truy n (send window) Trên hình v K=3 N u K=1 t c d ng idle RQ Vi c ch n K ph i d a kích th frame, dung l ng b nh , tr , t c đ truy n 76 c t i đa c a Ch ng 8- i u n liên k t s li u Ho t đ ng: Khi truy n I-frame biên c a c a s (UWE) t ng lên đ n v , m i m t I-frame đ c báo nh n biên d i c a c a s (LWE) t ng lên N u UWE l n h n LWE b ng K P s không truy n I-frame m i Kích th c yêu c u t i b đ m frame c a S g i c a s thu (receive window) V i l c đ idle RQ go-back RQ ch yêu c u b đ m thu đ m frame V i l c đ selective repeat yêu c u đ m đ c K frame Protocol Idle RQ Selective repeat Go-back-N Câu h i cu i ch Send window K K Receive window K ng Hãy gi i thích t i giao th c Idle RQ ch thích h p v i c ly ng n M t k t n i có lo i khung (frame) sau: UA-frame, I-frame, ACK-frame, NAK-frame, DISC-frame… Hãy cho bi t ph ng pháp truy n l i c a k t n i lo i truy n l i ng m đ nh lo i yêu c u rõ Vì sao? 77 Tài li u tham kh o Tài li u tham kh o [1] Nguy n H ng S n, K thu t truy n s li u, Nhà xu t b n Lao đ ng-Xã h i, 2002 [2] V Duy L i, M ng thông tin máy tính Ki n trúc, nguyên t c hi u su t ho t đ ng, Nhà xu t b n Th gi i, 2002 [3] Nguy n V n Th ng, C s k thu t truy n s li u, Nhà xu t b n Khoa h c K thu t, 1998 [4] Fred Halsall, Data Communications Computer Networks and Open Systems (Fourth Edition), Addison Wesley Publishing Company, 1995 [5] William Stallings, Data and Computer Communications (Fifth Edition), Prentice Hall, 1997 [6] Andrew S Tanenbaum, Computer Networks (Fourth Edition), Prentice Hall, 2003 78 Tài li u tham kh o Bài gi ng Truy n S Li u Thông tin v tác gi : H tên: V nH i N m sinh: 1979 C quan công tác: Khoa Công ngh thông tin - H Th y l i a ch liên h : Khoa CNTT – H Th y l i – 175 Tây S n – Hà N i Email: haidv@wru.edu.vn i t ng s d ng: dùng cho sinh viên ngành n t vi n thông, công ngh thông tin T khóa: b ng thông, d li u, tín hi u, mã hóa, ghép kênh, u ch , đ ng b , nén d li u, b o m t d li u, u n lu ng 79 ... đôi v n t c thay đ i sóng mang), nh v y s bit/s g p đôi s baud 12 Ch ng 2- Nh ng khái ni m c b n Bài t p: Cho dãy bit 100110101110010101 v tín hi u truy n dòng bit tr ng h p truy n nh phân hai... c u ch (Modulation rate) c a lo i mã t ng g p đôi so v i lo i mã khác 32 Ch ng 5- Mã hoá s li u Bài t p: Cho dòng s li u nh sau 01001100011 Hãy v tín hi u n c a lo i mã h c v i dòng bit ( áp án