Truyền số liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM TRUYỀN SỐ LIỆU Biên Soạn: Trần xuân Phương www.hutech.edu.vn TRUYỀN SỐ LIỆU Ấn 2014 MỤC LỤC I MỤC LỤC MỤC LỤC I HƯỚNG DẪN V BÀI 1: TỔNG QUAN 1.1 THÔNG TIN, DỮ LIỆU, TÍN HIỆU 1.2 HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG DỮ LIỆU 1.3 CHẾ ĐỘ TRUYỀN THÔNG 10 1.3.1 Chế độ đơn công 10 1.3.2 Chế độ bán song công 10 1.3.3 Chế độ song công 11 1.4 TRUYỀN THÔNG DỮ LIỆU NGÀY NAY 11 1.4.1 Các xu hướng 11 1.4.2 Yêu cầu truyền thông liệu lực mạng 13 TÓM TẮT 17 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 19 BÀI 2: CÁC MÔ HÌNH MẠNG 20 2.1 PHÂN LỚP CÁC NHIỆM VỤ 20 2.1.1 Người gửi, Người nhận Người vận chuyển 21 2.1.2 Phân cấp 21 2.1.3 Dịch vụ 22 2.2 MÔ HÌNH OSI 22 2.2.1 Kiến trúc phân lớp 23 2.2.2 Quá trình ngang hàng 24 2.2.3 Đóng gói 26 2.3 CÁC LỚP TRONG MÔ HÌNH OSI 26 2.3.1 Lớp vật lý 26 2.3.2 Lớp liên kết liệu 27 2.3.3 Lớp mạng 29 2.3.4 Lớp giao vận 30 2.3.5 Lớp phiên 32 2.3.6 Lớp trình bày 33 2.3.7 Lớp ứng dụng 33 2.3.8 Tóm tắt nhiệm vụ lớp 35 2.4 BỘ GIAO THỨC TCP/IP 35 II MỤC LỤC 2.4.1 Lớp giao diện mạng 36 2.4.2 Lớp Internet 36 2.4.3 Lớp giao vận 37 2.4.4 Lớp ứng dụng 38 2.5 ĐỊNH ĐỊA CHỈ 38 2.5.1 Địa vật lý 39 2.5.2 Địa logic 40 2.5.3 Địa cổng 42 TÓM TẮT 44 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 45 BÀI 3: TÍN HIỆU 46 3.1 DỮ LIỆU VÀ TÍN HIỆU 46 3.1.1 Dữ liệu 46 3.1.2 Tín hiệu 47 3.2 TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ 49 3.2.1 Tín hiệu tuần hoàn tín hiệu không tuần hoàn 49 3.2.2 Sóng sin 51 3.2.3 Tín hiệu hỗn hợp tuần hoàn 52 3.2.4 Tín hiệu hỗn hợp không tuần hoàn 53 3.2.5 Băng thông 54 3.3 TÍN HIỆU SỐ 55 3.3.1 Truyền băng tần 56 3.3.2 Truyền băng thông rộng (Sử dụng điều chế) 59 3.4 SỰ SUY THOÁI TÍN HIỆU 60 3.4.1 Suy hao 60 3.4.2 Biến dạng trễ 62 3.4.3 Nhiễu 62 3.5 NĂNG LỰC KÊNH TRUYỀN 65 3.5.1 Công thức Nyquist 65 3.5.2 Công thức Shannon 65 3.5.3 Sử dụng hai công thức 66 TÓM TẮT 67 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 69 BÀI 4: MÔI TRƯỜNG TRUYỀN TẢI 70 4.1 MÔI TRƯỜNG TRUYỀN TẢI CÓ DÂY 71 4.1.1 Cáp xoắn đôi 72 MỤC LỤC III 4.1.2 Cáp đồng trục 75 4.1.3 Cáp quang 77 4.2 MÔI TRƯỜNG TRUYỀN TẢI KHÔNG DÂY 85 4.2.1 Sóng radio 87 4.2.2 Vi sóng mặt đất 89 4.2.3 Vi sóng vệ tinh 92 4.2.4 Sóng hồng ngoại 95 TÓM TẮT 97 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 98 BÀI 5: MÃ HÓA TÍN HIỆU 99 5.1 DỮ LIỆU SỐ, TÍN HIỆU SỐ 100 5.1.1 Mở đầu 100 5.1.2 Mã đơn cực (Unipolar Scheme) 104 5.1.3 Mã cực (Polar Schemes) 105 5.1.4 Mã lưỡng cực (Bipolar Schemes) 109 5.2 DỮ LIỆU SỐ, TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ 111 5.2.1 Các khía cạnh chuyển đổi Digital-to-Analog 113 5.2.2 Điều biên 113 5.2.3 Điều tần 114 5.2.4 Điều pha 115 5.2.5 Điều chế biên độ vuông góc 115 5.3 DỮ LIỆU TƯƠNG TỰ, TÍN HIỆU SỐ 116 5.3.1 Điều chế mã xung 116 5.3.2 Điều chế Delta 118 5.4 DỮ LIỆU TƯƠNG TỰ, TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ 120 5.4.1 Điều biên 120 5.4.2 Điều tần 122 5.4.3 Điều pha 123 TÓM TẮT 124 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 125 BÀI 6: GHÉP KÊNH 129 6.1 DẪN NHẬP 129 6.2 GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ 131 6.3 GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO BƯỚC SÓNG 135 6.4 GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN KIỂU ĐỒNG BỘ 136 6.5 GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN KIỂU THỐNG KÊ 141 IV MỤC LỤC 6.6 ADSL 143 6.6.1 Thiết kế ADSL 144 6.6.2 Đa âm rời rạc 146 TÓM TẮT 148 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 149 BÀI 7: PHÁT HIỆN VÀ SỬA LỖI 150 7.1 DẪN NHẬP 150 7.1.1 Các kiểu lỗi 150 7.1.2 Bit dư thừa 152 7.1.3 Phát lỗi so sánh với sửa lỗi 152 7.1.4 Sửa lỗi máy thu so sánh với truyền lại gói tin 152 7.2 MÃ PHÁT HIỆN LỖI 153 7.2.1 Nguyên lý phát lỗi 153 7.2.2 Kỹ thuật VRC 154 7.2.3 Kỹ thuật LRC 154 7.2.4 Kỹ thuật CRC 155 7.2.5 Checksum 157 7.3 MÃ SỬA LỖI 159 7.3.1 Cơ chế mã sửa lỗi 160 7.3.2 Khoảng cách Hamming 162 7.3.3 Khoảng cách Hamming tối thiểu 162 7.3.4 Mã Hamming (7,4) 165 TÓM TẮT 167 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 168 BÀI 8: LIÊN KẾT DỮ LIỆU 170 8.1 ĐIỀU KHIỂN LUỒNG 171 8.1.1 Dẫn nhập 171 8.1.2 Stop-and-Wait Protocol 171 8.2 ĐIỀU KHIỂN LỖI 175 8.2.1 Dẫn nhập 175 8.2.2 Stop-and-Wait Automatic Repeat Request 176 TÓM TẮT 183 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 183 TÀI LIỆU THAM KHẢO 184 HƯỚNG DẪN V HƯỚNG DẪN MÔ TẢ MÔN HỌC Môn học cung cấp cho sinh viên khái niệm tổng quan Kỹ thuật truyền số liệu, chủ yếu nhằm phục vụ cho sinh viên ngành Công Nghệ Thông tin ngành Điện – Điện tử Nội dung môn học nhấn mạnh đến nguyên tắc, chủ đề, phương pháp tiếp cận giải vấn đề liên quan đến công nghệ kiến trúc lĩnh vực NỘI DUNG MÔN HỌC  Bài 1: TỔNG QUAN Giới thiệu khái niệm liên quan đến mạng truyền số liệu xu hướng phát triển mạng truyền số liệu  Bài 2: CÁC MÔ HÌNH MẠNG Giới thiệu mô hình mạng OSI mô hình mạng DoD nhấn mạnh đến nguyên lý vận hành mạng DoD  Bài 3: TÍN HIỆU Trình bày khái niệm liên quan đến tín hiệu, suy thoái tín hiệu lực kênh truyền  Bài 4: MÔI TRƯỜNG TRUYỀN TẢI Giới thiệu loại môi trường truyền tải, đặc tính công dụng chúng  Bài 5: MÃ HÓA TÍN HIỆU Trình bày nguyên lý phương pháp mã hóa liệu tín hiệu để truyền tải  Bài 6: GHÉP KÊNH Giới thiệu phương pháp ghép kênh  Bài 7: PHÁT HIỆN VÀ SỬA LỖI Trình bày nguyên lý ý tưởng số phương pháp phát sửa lỗi bit truyền tải  Bài 8: LIÊN KẾT DỮ LIỆU Giới thiệu nguyên lý hoạt động số chế điều khiển luồng điều khiển lỗi tầng liên kết liệu KIẾN THỨC TIỀN ĐỀ Sinh viên có kiến thức phần cứng máy tính mạng máy tính VI HƯỚNG DẪN YÊU CẦU MÔN HỌC Người học phải dự học đầy đủ buổi lên lớp làm tập đầy đủ nhà CÁCH TIẾP NHẬN NỘI DUNG MÔN HỌC Để học tốt môn này, người học cần đọc trước nội dung chưa học lớp; tham gia đặn tích cực lớp; hiểu khái niệm, tính chất ví dụ lớp học Sau học xong, cần ôn lại học, làm tập câu hỏi.Tìm đọc thêm tài liệu khác liên quan đến học làm thêm tập PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ MÔN HỌC Môn học đánh giá gồm:  Điểm thi thực hành: 30% Hình thức nội dung GV định, phù hợp với quy chế đào tạo tình hình thực tế nơi tổ chức học tập  Điểm thi lý thuyết: 70% Hình thức thi tự luận 90 phút, không mang tài liệu vào phòng thi Nội dung gồm câu hỏi tập tương tự câu hỏi tập nhà BÀI 1: TỔNG QUAN BÀI 1: TỔNG QUAN Sau học xong này, học viên có thể:  Nắm khái niệm : thông tin, liệu, tín hiệu khái niệm có liên quan  Nắm thành phần mô hình hệ thống truyền thông liệu  Nắm chế độ truyền thông  Nắm xu hướng phát triển, nhu cầu truyền thông liệu ngày 1.1 THÔNG TIN, DỮ LIỆU, TÍN HIỆU Thông tin (information) mô tả sở hiểu biết đối tượng Thông tin lưu trữ truyền tải từ nơi tới nơi nhờ tín hiệu (signal) vật lý chuyển động, áp suất, nhiệt độ, hình ảnh, âm thanh, ký hiệu, tín hiệu điện tử v.v Các tín hiệu biểu diễn tín hiệu liên tục (như dòng điện, sóng âm, sóng vô tuyến ) hay tín hiệu rời rạc (như chữ cái, chữ số) Tín hiệu liên tục gọi tín hiệu tương tự, tín hiệu rời rạc nhận số hữu hạn giá trị gọi tín hiệu số (còn gọi tín hiệu kỹ thuật số) Thông tin biểu diễn tín hiệu liên tục gọi thông tin liên tục, Thông tin biểu diễn tín hiệu rời rạc gọi thông tin rời rạc Một dạng quan trọng thông tin rời rạc thông tin lưu trữ dạng số, cụ thể dạng dãy số (còn gọi dãy số nhị phân) Ví dụ, thông tin thời gian biểu diễn đồng hồ học với kim giờ, kim phút, kim giây thông tin liên tục chuyển động kim giây liên tục Mặt khác, thông tin thời gian biểu diễn đồng hồ điện tử mặt số thông tin rời rạc, giá trị thời gian (giờ, phút) thay đổi đột ngột 8:05-08:06 có số hữu hạn giá trị BÀI 1: TỔNG QUAN Thông tin lưu trữ máy tính thông tin dạng số, chúng lưu trữ dạng số nhị phân 1, tức bit Thông tin tác động đến bên nhận ý nghĩa tín hiệu bên nhận Như vậy, việc tiếp nhận thông tin phụ thuộc nhiều vào bên nhận, tín hiệu đối tượng nhận lại thông tin khác Ví dụ, tín hiệu hình ảnh chậu hoa đặt bục cửa sổ, bên nhận tín hiệu du khách, thông tin bình yên lãng mạn nhà, bên nhận điệp viên tới nơi hẹn gặp, thông tin nguy hiểm, cho biết bị theo dõi Mã hóa thông tin trình biến đổi thông tin từ dạng biểu diễn sang biểu diễn khác theo quy ước định Quá trình biến đổi ngược lại mã hóa thông tin gọi giải mã thông tin Ví dụ, ta nói vào microphone ghi vào file mp3, âm (sóng âm, dạng tương tự) mã hóa thành chuỗi bit (dạng số) lưu vào file Khi ta nghe lại, chuỗi bit giải mã thành sóng âm Xét theo độ xác, mã hóa thông tin có hai loại : - Mã hóa không mát tức loại mã hóa không làm thay đổi thông tin gốc (nói cách khác không làm mát thông tin gốc) - Mã hóa có mát tức loại mã hóa có làm thay đổi thông tin gốc dù (nói cách khác có làm mát thông tin gốc) Nhờ mã hóa có mát, nén thông tin chuyển thông tin sang dạng số, yếu tố quan trọng đưa đến việc xử lý thông tin cách tự động máy tính điện tử đại Số hóa thông tin trình mã hóa thông tin sang dạng số Cần ý thông tin số hóa với độ mát nhỏ tùy ý, đến mức đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, đến mức người không nhận Dữ liệu (data) thông tin xử lý (lưu trữ, biến đổi, truyền tải) Khi dùng thuật ngữ “dữ liệu”, ta trọng đến hình thức thể thông tin mà quan tâm ý nghĩa thông tin Nói chung, phân biệt khái niệm “thông tin” khái niệm “dữ liệu” không thật rõ ràng, giáo trình này, thuật ngữ “dữ liệu” thuật ngữ “thông tin” hiểu gần sử dụng tương đối lẫn lộn 170 BÀI 8: LIÊN KẾT DỮ LIỆU BÀI 8: LIÊN KẾT DỮ LIỆU Sau học xong này, học viên có thể:  Nắm khái niệm, nguyên lý phương pháp điều khiển luồng  Nắm khái niệm, nguyên lý phương pháp điều khiển lỗi Truyền thông liệu đòi hỏi có hai thiết bị làm việc nhau, để gửi để nhận Việc đòi hỏi nhiều phối hợp, trao đổi để hiểu điều xảy Trách nhiệm quan trọng lớp liên kết liệu điều khiển luồng liệu điều khiển lỗi Các chức gọi chung điều khiển liên kết liệu Để cài đặt điều khiển liên kết liệu, cần giao thức, giao thức cài đặt phần mềm làm cho việc truyền tải gói tin diễn cách êm đáng tin cậy nút Mỗi giao thức tập hợp quy tắc cần phải cài đặt phần mềm chạy hai nút liên quan đến trao đổi liệu lớp liên kết liệu Trong này, xem xét số giao thức điều khiển luồng điều khiển lỗi Có khác biệt giao thức thảo luận giao thức sử dụng mạng thực Tất các giao thức thảo luận chiều theo ý nghĩa khung liệu từ nút, gọi bên gửi (thiết bị phát), đến nút khác, gọi bên nhận (thiết bị thu) Mặc dù khung đặc biệt, gọi khung xác nhận (ACK) khung báo lỗi (NAK) di chuyển theo hướng ngược lại cho mục đích điều khiển lỗi điều khiển luồng, liệu di chuyển theo hướng Trong mạng thực tế, giao thức liên kết liệu cài đặt hai chiều, liệu di chuyển theo hai hướng Trong giao thức này, thông tin điều khiển luồng điều khiển lỗi ACK NAKs chứa trong khung liệu theo kỹ thuật gọi piggybacking Bởi giao thức hai chiều có nhiều phức tạp so với giao thức chiều, nói tới giao thức chiều BÀI 8: LIÊN KẾT DỮ LIỆU 171 8.1 ĐIỀU KHIỂN LUỒNG 8.1.1 Dẫn nhập Trong phần này, giả sử kênh truyền kênh lý tưởng, lỗi Mọi khung thiết bị phát gửi đến thiết bị thu cách xác Không có khung bị mất, trùng lặp, bị hỏng Điều khiển luồng (flow control) điều phối số lượng liệu mà thiết bị phát gửi trước nhận thông tin xác nhận ACK (nhận tốt) thiết bị thu Đó nhiệm vụ quan trọng lớp liên kết liệu Trong hầu hết giao thức, điều khiển luồng tập hợp thủ tục nói cho thiết bị phát biết truyền tải liệu trước phải dừng chờ đợi xác nhận từ thiết bị thu Luồng liệu không phép gây tải cho thiết bị thu điều dẫn đến tình trạng thiết bị thu loại bỏ số khung nhận từ chối dịch vụ Thiết bị thu phải kiểm tra xử lý liệu nhận trước chúng sử dụng Tốc độ xử lý thường chậm so với tốc độ truyền tải Vì lý này, thiết bị thu có khối nhớ, gọi đệm, dành để lưu trữ liệu nhận chúng kiểm tra xử lý Nếu đệm bắt đầu hết chỗ, thiết bị thu phải có khả báo cho thiết bị phát để ngừng truyền tải thiết bị thu trở lại nhận liệu 8.1.2 Stop-and-Wait Protocol Giao thức thảo luận gọi giao thức Stop-and-Wait thiết bị phát gửi khung dừng lại nhận xác nhận ACK từ thiết bị thu (okay tiếp tục), sau gửi khung (frame) Chúng ta có truyền thông chiều cho khung liệu, khung ACK theo hướng ngược lại Thiết kế Hình minh họa chế hoạt động giao thức Thiết bị phát gửi khung lớp mạng có gói liệu để gửi Thiết bị thu cung cấp gói liệu cho lớp mạng có khung đến Các thủ tục thiết bị phát không ngừng chạy, hành động có 172 BÀI 8: LIÊN KẾT DỮ LIỆU yêu cầu từ tầng mạng Các thủ tục thiết bị thu liên tục chạy, hành động có gói tin từ lớp vật lý đến Cả hai thủ tục không ngừng chạy chúng kiện tương ứng xảy Nhìn vào hình, thấy lưu lượng truy cập kênh thuận (từ thiết bị phát đến thiết bị thu) kênh nghịch Trong quà trình truyền tải, lúc có khung liệu kênh thuận khung ACK kênh nghịch Do cần liên kết bán song công BÀI 8: LIÊN KẾT DỮ LIỆU 173 Thuật toán thiết bị phát Phân tích Thuật toán có vòng lặp vô hạn, có nghĩa dòng 4-17 lặp lặp lại mãi chương trình bắt đầu Thuật toán có tính hướng kiện, nghĩa ngủ (dòng 4) kiện đánh thức lên (dòng 5) Có thể có khoảng thời gian không xác định việc thực dòng dòng 5, có khoảng cách hành động Khi kiện (yêu cầu gửi liệu lớp mạng) xảy ra, dòng đến thực Chương trình lại ngủ lần ngủ dòng 12 kiện (khung ACK đến) xuất Ở đây, hai kiện xảy ra: kiện yêu cầu gửi liệu tầng mạng kiện thông báo ACK đến từ lớp vật lý Các câu trả lời cho kiện phải luân phiên Nói cách khác, sau khung gửi đi, thuật toán phải từ chối yêu cầu gửi khác lớp mạng nhận xác nhận ACK từ thiết bị thu Chúng ta sử dụng biến canSend (True/False) để làm việc Khi khung gửi, biến gán giá trị False để gửi khung canSend True Khi ACK nhận, canSend gán giá trị True phép gửi khung 174 BÀI 8: LIÊN KẾT DỮ LIỆU Thuật toán thiết bị thu Phân tích Thuật toán có định dạng giống thuật toán thiết bị phát, ngoại trừ hướng khung liệu từ lên Sự kiện xuất khung liệu Sau kiện xảy ra, lớp liên kết liệu nhận khung liệu từ lớp vật lý cách sử dụng tiến trình ReceiveFrame(), trích liệu từ khung cách sử dụng tiến trình ExtractData(), cung cấp liệu cho lớp mạng cách sử dụng tiến trình DeliverData() gửi khung ACK xác nhận việc tiếp nhận cho phép thiết bị gửi khung Ở đây, có thuật toán hướng kiện thuật toán khung liệu đến Ví dụ Hình cho thấy ví dụ truyền thông cách sử dụng giao thức Stopand-Wait Nó đơn giản Thiết bị phát gửi khung chờ đợi thông tin phản hồi từ thiết bị thu Khi ACK đến, thiết bị phát gửi khung BÀI 8: LIÊN KẾT DỮ LIỆU 175 Phân tích Giao thức hoạt động tốt và, thực sự, khó cải thiện liệu gửi vài khung lớn Tuy nhiên, thường thiết bị phát chia khối lượng lớn liệu thành khối nhỏ truyền tải liệu nhiều khung Điều thực lý sau đây: • Kích thước đệm máy thu bị hạn chế • Khoảng cách truyền tải dài, nhiều khả có lỗi, cần phải truyền lại toàn khung Với khung nhỏ hơn, lỗi phát sớm hơn, cầ truyền lại số lượng liệu nhỏ • Trên môi trường chia sẻ, chẳng hạn mạng LAN, cần phải không cho phép trạm chiếm môi trường thời gian dài, gây trì hoãn lâu dài cho trạm phát khác Với việc sử dụng nhiều khung nhỏ, thời gian chờ phản hồi ACK tăng lên, giao thức Stop-and-Wait không hiệu quả, khoảng cách xa thiết bị phát thiết bị thu Bản chất vấn đề truyền khung thời điểm Để tăng tính hiệu quả, người ta đưa số giao thức khác giao thức Sliding-Window Flow Control Tuy nhiên không xem xét giao thức 8.2 ĐIỀU KHIỂN LỖI 8.2.1 Dẫn nhập Trong phần trước, giả thiết kênh lý tưởng, thực tế kênh không tồn Chúng ta cần thêm chức điều khiển lỗi cho giao thức điều khiển luồng Điều khiển lỗi (error control) đề cập đến chế để phát sửa lỗi xảy việc truyền tải khung Có hai loại lỗi: • Mất khung : Khung không tới thiết bị thu Ví dụ, cụm nhiễu làm hỏng khung lan truyền, thiết bị thu khung truyền • Khung bị hư hại : Khung không tới thiết bị thu số bit bị lỗi 176 BÀI 8: LIÊN KẾT DỮ LIỆU Các kỹ thuật phổ biến để điều khiển lỗi dựa số tất thành phần sau: • Phát lỗi : Như thảo luận trước • Xác nhận tích cực (ACK) : Thiết bị thu gửi thông báo phản hồi ACK cho thiết bị phát, xác nhận nhận thành công, khung không bị lỗi • Phát lại sau hết thời gian chờ (time out) : Thiết bị phát truyền lại khung sau chờ hết thời gian qui định mà không nhận phản hồi thiết bị thu • Xác nhận tiêu cực truyền lại : Thiết bị thu gửi thông báo phản hồi NAK cho thiết bị phát, xác nhận nhận khung phát khung bị lỗi Thiết bị phát phải truyền lại khung Cơ chế gọi yêu cầu lặp lại tự động (ARQ - automatic repeat request) Tác dụng ARQ biến liên kết liệu không đáng tin cậy thành liên kết đáng tin cậy Ba phiên ARQ chuẩn hóa : Stop-and-wait ARQ, Goback-N ARQ, Selective-reject ARQ Chúng ta xem xét hai giao thức cuối chúng dựa vào giao thức Sliding-Window Flow Control 8.2.2 Stop-and-Wait Automatic Repeat Request Giao thức Stop-and-Wait ARQ (Stop-and-Wait Automatic Repeat Request) dựa kỹ thuật điều khiển luồng Stop-and-Wait nêu phần trước, bổ sung thêm chế kiểm soát lỗi đơn giản vào giao thức Thiết bị phát truyền khung liệu sau phải chờ đợi phản hồi xác nhận (ACK) thiết bị thu Không có khung liệu gửi phản hồi thiết bị thu đến thiết bị phát Loại lỗi xảy khung liệu đến thiết bị thu bị hư hỏng Thiết bị thu phát điều cách sử dụng kỹ thuật phát lỗi đơn giản loại bỏ khung Không gửi lại phản hồi cho thiết bị phát Loại lỗi thứ hai xảy khung liệu bị đường truyền tải, không đến thiết bị thu Tất nhiên thiết bị thu chuyện nên phản hồi cho thiết bị phát Để xử lý hai loại lỗi trên, thiết bị phát trang bị đếm thời gian Sau khung truyền đi, thiết bị phát chờ đợi phản hồi xác nhận thiết bị thu BÀI 8: LIÊN KẾT DỮ LIỆU 177 Nếu hết thời gian qui định mà không nhận phản hồi xác nhận, máy phát gửi lại khung lần Lưu ý phương pháp yêu cầu máy phát trì khung liệu nhận xác nhận khung đến đích an toàn, không bị lỗi (xác nhận ACK) Loại lỗi thứ ba gói tin xác nhận bị đường di chuyển tới thiết bị phát bị hư hỏng Xem xét tình sau Trạm A gửi khung trạm B nhận khung xác, trả lời với xác nhận (ACK) ACK bị hư hỏng di chuyển A không nhận được, hết thời gian chờ đợi xác nhận, A gửi lại khung Khung trùng lặp đến chấp nhận B B nhận hai khung thể chúng riêng biệt Để tránh vấn đề này, khung liệu gán số thứ tự (Sequence Number) Số thứ tự Như nói trên, khung liệu cần phải đánh số thứ tự Một trường thêm vào khung liệu để chứa số thứ tự khung Một yếu tố quan trọng phạm vi số thứ tự Vì muốn giảm thiểu kích thước khung, tìm phạm vi nhỏ số thứ tự Các số thứ tự tất nhiên xoay vòng Ví dụ, định trường số thứ tự có chiều dài m bit, số thứ tự 0, đến 2m - 1, sau lặp lại Trong giao thức Stop-and-Wait ARQ, giả sử sử dụng x số thứ tự, cần sử dụng x+1 sau đó, không cần đến x+2 Để làm rõ điều này, giả sử thiết bị phát gửi khung số x Ba trường hợp xảy Khung liệu đến thiết bị thu an toàn Thiết bị thu gửi xác nhận ACK ACK đến thiết bị phát Khi đó, thiết bị phát gửi khung số x+1 Khung liệu đến thiết bị thu an toàn Thiết bị thu gửi xác nhận ACK , ACK bị hỏng đường di chuyển Khi hết thời gian chờ, thiết bị phát gửi lại khung (đánh số x) Lưu ý khung Thiết bị thu nhận thực tế chờ khung x+1 lại nhận khung x Khung liệu bị hỏng không đến thiết bị thu Thiết bị phát gửi lại khung (đánh số x) sau khoảng thời gian chờ 178 BÀI 8: LIÊN KẾT DỮ LIỆU Phân tích cho thấy cần số thứ tự luân phiên, ta ký hiệu chúng phép cộng modulo Số xác nhận Vì số thứ tự phải phù hợp với khung liệu khung ACK, sử dụng quy ước này: Các số xác nhận (Acknowledgment Numbers) luôn thông báo số thứ tự khung liệu dự kiến thiết bị thu Ví dụ, khung liệu số đến nơi an toàn, thiết bị thu gửi khung ACK với số xác nhận (ACK1), có nghĩa nhận tốt khung sẵn sàng nhận khung liệu (khung số 1) Nếu khung liệu số đến nơi an toàn, thiết bị thu gửi khung ACK với số xác nhận (ACK0), có nghĩa nhận tốt khung sẵn sàng nhận khung liệu (khung số 0) BÀI 8: LIÊN KẾT DỮ LIỆU 179 Thiết kế Hình phía cho thấy thiết kế giao thức Stop-and-Wait ARQ Thiết bị phát giữ khung cuối truyền nhận xác nhận cho khung Khung liệu sử dụng seqNo (số thứ tự), khung ACK sử dụng ackNo (số xác nhận) Thiết bị phát có biến kiểm soát, mà ký hiệu Sn, chứa số thứ tự khung gửi (0 1) Thiết bị thu có biến kiểm soát, mà ký hiệu Rn, chứa số thứ tự khung liệu Khi khung gửi, giá trị Sn tăng lên (theo modulo-2), có nghĩa 0, trở thành ngược lại Khi nhận khung, giá trị Rn tăng lên (theo modulo-2), có nghĩa 0, trở thành ngược lại Thuật toán thiết bị phát 180 BÀI 8: LIÊN KẾT DỮ LIỆU Phân tích Đầu tiên nhận thấy diện Sn, số thứ tự khung liệu gửi Biến khởi tạo lần (dòng 1), tăng lên khung gửi (dòng 13) để chuẩn bị cho khung Tuy nhiên, số học modulo- 2, số thứ tự 0,1,0, 1, Lưu ý tiến trình kiện (SendFrame, StoreFrame, MakeFrame) sử dụng Sn để xác định khung liệu gửi Chúng ta cần đệm để giữ khung chắn khung nhận an toàn Dòng 10 cho thấy trước khung gửi đi, lưu trữ Bản sử dụng để gửi lại khung bị hỏng bị Chúng ta sử dụng biến canSend để ngăn chặn việc thực yêu cầu từ lớp mạng trước nhận phản hồi ACK Nếu khung không bị hỏng ackNo khung ACK phù hợp với số thứ tự khung để gửi , dừng đếm thời gian lọc khung liệu lưu Trườngbhợp ngược lại, cần bỏ qua kiện chờ cho kiện xảy Sau khung gửi đi, đếm thời gian khởi dộng Khi hết thời gian chờ (dòng 28) , khung gửi lại đếm thời gian khởi động lại BÀI 8: LIÊN KẾT DỮ LIỆU 181 Thuật toán thiết bị thu Phân tích Đầu tiên, tất khung liệu đến mà bị hỏng bỏ qua Nếu seqNo khung số dự kiến (Rn), khung chấp nhận, liệu gửi đến lớp mạng giá trị Rn tăng lên Tuy nhiên, có điểm tinh tế Ngay số thứ tự khung liệu không phù hợp với khung dự kiến, ACK gửi cho thiết bị phát Tuy nhiên, ACK cần xác nhận lại ACK trước thay xác nhận khung nhận Điều thực thiết bị thu giả định ACK trước bị mất; thiết bị phát gửi khung trùng lặp Việc gửi lại ACK giúp giải vấn đề trước hết thời gian chờ Example 11.3 Hình cho thấy ví dụ Stop-and-Wait ARQ Khung gửi nhận Khung bị gửi lại sau hết thời gian chờ Việc gửi lại khung xác nhận ACK0 đếm thời gian dừng lại Khung gửi nhận, khung xác nhận ACK1 bị Thiết bị phát việc khung xác nhận bị mất, sau hết thời gian chờ, gửi lại khung xác nhận 182 BÀI 8: LIÊN KẾT DỮ LIỆU BÀI 8: LIÊN KẾT DỮ LIỆU 183 TÓM TẮT Điều khiển luồng - Thiết bị thu phải xử lý liệu trước chuyển lên tầng cao Vì vậy, nhớ đệm thiết bị thu bị lấp đầy tràn (overflow) phải xử lý liệu đến trước - Điều khiển luồng chế điều khiển nhằm đảm bảo thiết bị thu không bị tràn nhớ đệm - Có hai chế điều khiển luồng : “Stop-and-Wait Flow Control” “Sliding-Window Flow Control” Điều khiển lỗi - Điều khiển lỗi phát sửa lỗi xuất trình truyền frame - Có loại lỗi frame hỏng frame (có lỗi liệu) - Dựa chế ARQ (Automatic repeat request - tự động lặp yêu cầu): Phát lỗi, ACK, NAK, time out - Có kỹ thuật chuẩn ARQ là: Stop-and-wait ARQ, Go-back-N ARQ, Selectivereject ARQ CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Câu hỏi ôn tập Hãy trình bày chế làm việc ưu nhược điểm phương pháp điều khiển lưu lượng Stop-and-Wait (Stop-and-Wait Flow Control) Hãy trình bày chế làm việc ưu nhược điểm phương pháp điều khiển lưu lượng Sliding-Window (Sliding-Window Flow Control) Hãy trình bày chế làm việc ưu nhược điểm phương pháp điều khiển lỗi Stop-and-wait ARQ Hãy trình bày chế làm việc ưu nhược điểm phương pháp điều khiển lỗi Selective-reject ARQ 184 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO Behrouz A Forouzan (2007), Data Communications and Networking, Fourth Edition The McGraw-Hill Companies, Inc William Stallings (2007), Data and Computer Communications, Eighth Edition The Pearson Education, Inc ... tự liệu số Thuật ngữ “dữ liệu tương tự” đề cập đến liệu biểu diễn tín hiệu liên tục Thuật ngữ “dữ liệu số (còn gọi liệu kỹ thuật số) đề cập đến liệu biểu diễn tín hiệu rời rạc Một ví dụ liệu. .. biểu diễn số Như vậy, biểu diễn trạng thái biến đổi liệu dãy số Nếu chuyển dãy số sang số 2, giá trị liệu biểu diễn dãy chữ số 1, tức dãy bit Cần ý rằng, thực chất thiết bị hệ thống truyền liệu làm... thiết bị truyền liệu làm việc với tín hiệu mà Hệ thống truyền thông liệu - Mục đích hệ thống truyền thông liệu trao đổi liệu hai phận, xa - Các vấn đề chủ yếu liên quan đến truyền thông liệu bao