ĐƯỜNG TRUYỀN VẬT LÝ VÀ TRUYỀN DỮ LIỆU TÍNH

Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính BÀI 2: ĐƯỜNG TRUYỀN VẬT LÝ VÀ TRUYỀN DỮ LIỆU TÍNH Nội dung      Hướng dẫn học    Nghe giảng đọc tài liệu để nắm bắt nội dung Làm tập luyện thi trắc nghiệm theo yêu cầu Liên hệ, thực hành lấy ví dụ thực tế minh họa cho học Thời lượng học  12 tiết IT102_Bai 2_ v1.0013103214 Thông tin lượng tin Cáp mạng Truyền thông mạng vô tuyến Môi trường truyền vô tuyến, loại mạng vô tuyến Card mạng Mục tiêu Sau học này, bạn có thể:  Nắm khái niệm thông tin, lượng tin liệu  Các loại đường truyền dẫn tín hiệu  Các phương thức truyền liệu  Giới thiệu card mạng  Thực được: lắp ráp card mạng vào Motherboard, cấu hình kiểm tra card có làm việc khơng  Nắm thêm số rắc rối phát sinh cách giải card mạng 27 Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính TÌNH HUỐNG KHỞI ĐỘNG BÀI Tình dẫn nhập Để truy cập Internet nhà, lấy liệu mạng, công ty, …, cần phải thiết lập số thiết bị, cài đặt số phần mềm Vấn đề cần quan tâm có cách nào, cần phải mua thiết bị cài đặt phần mềm nào, sao? Sâu hơn, cần tìm hiểu cách thức mà máy tính truyền liệu cho Câu hỏi Các máy tính truyền thơng tin cho cách nào? Các máy tính sử dụng thiết bị gì, cơng cụ để kết nối máy tính lại với nhau? Để thiết lập mạng máy tính cần phải cần đặt thiết bị phần cứng, phần mềm gì? 28 IT102_Bai 2_ v1.0013103214 Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính 2.1 Thông tin lượng tin  Khái niệm thông tin (Information) sử dụng thường ngày Con người có nhu cầu đọc báo, nghe đài, xem phim, video, tham quan, du lịch, tham khảo ý kiến người khác, để nhận thêm thông tin Thông tin mang lại cho người hiểu biết, nhận thức tốt đối tượng đời sống xã hội, thiên nhiên, giúp cho họ thực hợp lý cơng việc cần làm để đạt tới mục đích cách tốt  Những đám mây đen đùn lên chân trời phía Ðơng chứa đựng thơng tin báo hiệu trận mưa lớn xảy Màu đen mây, tốc độ vận chuyển mây chứa thơng tin khí tượng  Biểu đồ thống kê sản phẩm hàng tháng phân xưởng bánh kẹo chứa đựng thông tin suất lao động, mức độ thực kế hoạch sản xuất phân xưởng Nốt nhạc sơ-nát ánh trăng Beethoven làm cho người nghe cảm thấy tươi mát, êm dịu đêm trăng Những thông tin cảm xúc tác giả truyền đạt lại  Khi tiếp nhận thông tin, người thường phải xử lý để tạo thơng tin mới, có ích hơn, từ có phản ứng định Người tài xế chăm quan sát người, xe cộ lại đường, độ tốt xấu mặt đường, tính kỹ thuật vị trí xe để định, cần tăng tốc độ hay hãm phanh, cần bẻ lái sang trái hay sang phải nhằm đảm bảo an toàn tối đa cho chuyến xe  Thơng tin phát sinh, lưu trữ, truyền, tìm kiếm, chép, xử lý, nhân Thông tin biến dạng, sai lệch bị phá hủy  Mỗi tế bào sinh dục cá thể sinh vật mang thông tin di truyền định đặc trưng phát triển cá thể Gặp môi trường không thuận lợi, thông tin di truyền bị biến dạng, sai lệch dẫn đến hình thành cá thể dị dạng Ngược lại, tác động tốt di truyền học chọn giống, ta cấy làm thay đổi thơng tin di truyền theo hướng có lợi cho người Thông tin thể nhiều dạng thức khác sóng ánh sáng, sóng âm, điện từ, ký hiệu viết giấy khắc gỗ, đá, kim loại Về nguyên tắc, cấu trúc vật chất dòng lượng mang thơng tin Chúng gọi vật (giá) mang tin Dữ liệu (Data) biểu diễn thông tin thể tín hiệu (Signal) vật lý  Thơng tin chứa đựng ý nghĩa, liệu kiện khơng có cấu trúc khơng có ý nghĩa rõ ràng khơng tổ chức xử lý Cùng thơng tin, biểu diễn liệu khác Cùng biểu diễn đơn vị, chữ số thập phân ta ký hiệu 1, hệ đếm La Mã lại dùng ký hiệu I Mỗi liệu lại thể ký hiệu vật lý khác Cũng gật đầu, nhiều dân tộc giới tín hiệu thể đồng tình; ngược lại, người Hy Lạp, gật đầu để biểu lộ bất đồng Cùng ký hiệu I tiếng Anh có nghĩa đại từ nhân xưng ngơi thứ (tơi) tốn học lại chữ số La Mã có giá trị Mỗi tín hiệu dùng để thể IT102_Bai 2_ v1.0013103214 29 Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính thông tin khác Uống chén rượu để mừng ngày gặp mặt, uống chén rượu để giải sầu, để tiễn đưa người thân lên đường xa  Thông tin khái niệm trừu tượng, tồn khách quan, nhớ đối tượng, biến đổi đối tượng áp dụng để điều khiển đối tượng Thông tin làm tăng thêm hiểu biết người, nguồn gốc nhận thức Thơng tin đối tượng kiện đối tượng đó, chúng giúp ta nhận biết hiểu đối tượng Thơng tin có liên quan chặt chẽ đến khái niệm độ bất định Mỗi đối tượng chưa xác định hồn tồn có độ bất định Tính bất định chưa cho biết cách xác đầy đủ đối tượng  Ðộ bất định giảm nhận thêm thông tin Cơ quan Công An thông báo: đối tượng bị truy nã A trú ngụ Hà Nội Thông tin giúp Cơng An xác định đối tượng A trú ngụ nội ngoại thành Hà Nội Nếu Công An quận nội thành khẳng định địa bàn họ đối tượng A Sở Cơng an cần triển khai truy tìm đối tượng A huyện ngoại thành Thông tin bổ sung công an quận nội thành cung cấp làm độ bất định nơi trú ngụ đối tượng A giảm xuống  Ðộ bất định có liên quan chặt chẽ đến khái niệm xác suất - độ đo khả xảy kiện (biến cố) Nếu biến cố khơng xảy ra, xác suất có giá trị Nếu có biến cố chắn xảy ra, xác suất Ðại lượng xác suất có giá trị đoạn [0, 1] Xác suất đối tượng A trú ngụ đâu địa bàn (4 quận huyện) Hà Nội trước có thơng tin bổ sung 1/9, sau 1/5 Xác suất nhỏ độ bất định lớn Thơng tin đo Giả sử kiện tồn số n trạng thái đánh số 1, , , n trạng thái i xuất với xác suất Pi (0 < Pi < 1) C.Shannon vào năm 1948 đưa công thức sau nhằm xác định độ bất định kiện n H(s)   pi log (pi ) i 1  Khi cung cấp thêm thông tin, số trạng thái xác suất xảy trạng thái khác ta nhận độ bất định l2 (bé l1) Như vậy, thông tin bổ sung làm giảm độ bất định hiệu số (l1 - l2) xem lượng tin thông tin bổ sung  Thực ra, trước vào năm 1928 R.Hartley xét trường hợp riêng p1 = p2 = = pn = 1/n Khi độ bất định log n Có thể ứng dụng cơng thức Hartley để tính lượng tin trường hợp đơn giản khả tồn hai trạng thái kiện (đồng xác suất: p1 = p2 = 1/2) Ðộ bất định trường hợp log22-1  Trong máy tính, thông tin biểu diễn hệ đếm nhị phân Tuy dùng hai ký số mà ta gọi bit hệ nhị phân giúp máy tính biểu diễn xử lý hầu hết loại thông tin mà người sử dụng văn bản, hình ảnh, âm thanh, video, 30 IT102_Bai 2_ v1.0013103214 Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính 2.2 Cáp mạng 2.2.1 Các loại cáp Kênh truyền hữu tuyến Cáp thuộc loại kênh truyền hữu tuyến sử dụng để nối máy tính thành phần mạng lại với Hiện có loại cáp sử dụng phổ biến là: Cáp xoắn đôi (Twisted Pair), cáp đồng trục (Coax) cáp quang (Fiber Optic) Việc chọn lựa loại cáp sử dụng cho mạng tùy thuộc vào nhiều yếu tố như: giá thành, khoảng cách, số lượng máy tính, tốc độ u cầu, băng thơng 2.2.1.1 Cáp xoắn đơi (Twisted Pair) Cáp xoắn đơi có hai loại: có vỏ bọc (Shielded Twisted Pair) khơng có vỏ bọc (Unshielded Twisted Pair) Cáp xoắn đơi có vỏ bọc sử dụng vỏ bọc đặc biệt quấn xung quanh dây dẫn có tác dụng chống nhiễu Cáp xoắn đơi trở thành loại cáp mạng sử dụng nhiều Nó hỗ trợ hầu hết khoảng tốc độ cấu hình mạng khác hỗ trợ hầu hết nhà sản xuất thiết bị mạng (a) (b) Hình 2.1: Cáp xoắn đơi Các đặc tính cáp xoắn đơi là:  Được sử dụng mạng token ring (cáp loại tốc độ 16MBps), chuẩn mạng Ethernet 10 BaseT (tốc độ 10MBps), hay chuẩn mạng 100 BaseT (tốc độ 100Mbps)  Giá chấp nhận  UTP thường sử dụng bên tòa nhà có khả chống nhiễu so với STP  Cáp loại có tốc độ đạt đến 1Mbps (cáp điện thoại)  Cáp loại có tốc độ đạt đến 10Mbps (dùng mạng Ethernet 10BaseT) (Hình 2.1.a)  Cáp loại có tốc độ đạt đến 100MBps (dùng mạng 10 BaseT 100 BaseT) (Hình 2.1.b)  Cáp loại 5E loại có tốc độ đạt đến 1000 MBps (dùng mạng 1000 BaseT) 2.2.1.2 Cáp đồng trục (Coaxial Cable) Cáp đồng trục loại cáp chọn lựa cho mạng nhỏ người dùng, giá thành thấp Có cáp đồng trục gầy (Thin Coaxial Cable) cáp đồng trục béo (Thick Coaxial Cable) Hình 2.2: Mặt cắt cáp đồng trục IT102_Bai 2_ v1.0013103214 31 Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính Cáp đồng trục gầy, ký hiệu RG-58AU, dùng chuẩn mạng Ethernet 10Base2 Hình 2.3: Cáp đồng trục T-connector Cáp đồng trục béo, ký hiệu RG-11, dùng chuẩn mạng 10Base5 Các loại đầu nối sử dụng với cáp đồng trục gầy đầu nối chữ T (T connector), đầu nối BNC thiết bị đầu cuối (Terminator) 2.2.1.3 Cáp quang (Fiber Optic) Cáp quang truyền tải sóng điện từ dạng ánh sáng Thực tế, xuất sóng ánh sáng tương ứng với bit “1” ánh sáng tương ứng với bit “0” Các tín hiệu điện tử chuyển sang tín hiệu ánh sáng phát, sau tín hiệu ánh sáng chuyển thành sung điện tử nhận Nguồn phát quang đèn LED (Light Emitting Diode) cổ điển, hay diod laser Bộ dò ánh sáng tế bào quang điện truyền thống hay tế bào quang điện dạng khối Hình 2.4: Cáp quang Sự lan truyền tín hiệu thực phản xạ bề mặt Thực tế, tồn loại cáp quang Chế độ đơn: tia sáng đường truyền tải Hai chế độ lại gọi chế độ đa: nhiều tia sáng truyền song song Trong chế độ đơn, chiết suất n2 > n1 Tia laser có bước sóng từ đến micrometres tập trung hướng Các sợi loại cho phép tốc độ bit cao khó xử lý phức tạp thao tác kết nối Hình 2.5: Mô tả cách truyền cáp quang 32 IT102_Bai 2_ v1.0013103214 Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính Chế độ đa khơng thẩm thấu: Các tia sáng di chuyển cách phản xạ bề mặt mơi trường có chiết suất khác (n2 > n1) nhiều thời gian để sóng di chuyển so với chế độ đơn Độ suy giảm đường truyền từ 30 dB/km loại cáp thủy tinh từ 100 dB/km loại cáp chất dẻo Chế độ đa bị thẩm thấu: Chiết suất tăng dần từ trung tâm vỏ ống Vì phản xạ trường hợp nhẹ nhàng, tia sáng bị uốn cong Từ cách nhiều năm người ta thực dồn kênh sợi quang nhiều thơng tin cách dùng sóng có độ dài khác Kỹ thuật gọi WDM (Wavelength Division Multiplexing) 2.2.2 Truyền tín hiệu Phương tiện thường dùng để truyền tải liệu (các bits 0,1) từ thiết bị truyền đến thiết bị nhận kênh truyền nhận vật lý tín hiệu hay tín hiệu số Hình 2.6.a: Tín hiệu - biểu diễn độ lớn vật lý thay đổi cách liên tục Hình 2.6.b: Tín hiệu số - biểu diễn độ lớn vật lý với vài giá trị xác định riêng rời 2.2.2.1 Truyền tải tín hiệu sóng dạng hình sin Sóng dạng hình sin, khơng kết thúc suy giảm sau khoảng thời gian dạng tín hiệu đơn giản nhất, dễ dàng tạo Hơn đặc biệt ý đến yếu tố sau: dạng tín hiệu biểu diễn lại sóng hình sin Yếu tố rút từ nghiên cứu cụ thể cho phép định nghĩa vài đặc điểm kênh truyền vật lý Xem xét kênh truyền, giả sử điểm kết nối trực tiếp, khơng có ngắt quãng, hình thành từ hai sợi kim loại Một đoạn kênh truyền xem đèn cực gồm điện trở R tụ điện C Hình 2.7: Mơ hình kênh truyền liệu vật lý Tín hiệu hình sin áp vào cực (giữa sợi dây) tính theo biểu thức: Vin(t) = Vin sin wt Trong đó:  Vin: hiệu điện cực đại ● w: nhịp  f = w/2p: tần số ● T = 2p/w = 1/f: chu kỳ IT102_Bai 2_ v1.0013103214 33 Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính  Tín hiệu đầu là: Vout(t) = Vout sin (wt + F) với: F độ trễ pha Mức điện tùy thuộc vào điện vào đặc điểm vật lý đèn bốn cực Trong trường hợp đơn giản ta có: Vout  Vin 1  (RCW)2  ; F  arctang(  RCW) Ta nhận thấy điện Vout yếu điện vào Vin Ta nói có giảm lệch pha F hiệu điện vào hiệu điện Nếu ta chồng sóng điện vào điện sơ đồ thời gian, ta có kết sau: Hình 2.8: Sự trễ pha giảm tín hiệu Độ suy giảm kênh truyền A tín hiệu tỷ lệ cơng suất Pin/Pout tín hiệu phát Pin tín hiệu nhận Pout Mỗi cơng suất tính với đơn vị watts Ta biểu diễn độ suy giảm đơn vị decibel: A(w) = 10 log10(Pin/Pout) Hình 2.9 mơ tả đồ thị biểu diễn mối tương quan độ suy giảm tần số sóng phát kênh truyền Ta thấy tần số tối ưu f0 thế, muốn độ suy giảm nhỏ chọn Hình 2.9: Tương quan tần số độ suy giảm tín hiệu sóng phát hình sin có tần số gần f0 tốt 2.2.2.2 Truyền tín Lý thuyết toán Fourier chứng minh tín hiệu xem tạo thành từ tổng số hữu hạn vơ hạn sóng hình sin Khơng sâu vào chứng minh ta có kết sau:  Một tín hiệu x(t) phân tích thành tập hợp tín hiệu dạng sóng hình sin  Nếu tín hiệu tuần hồn, ta phân tích thành dạng chuỗi Fourier Thuật ngữ chuỗi ý muốn nói đến loạt sóng hình sin có tần số khác bội số tần số tối ưu f0  Nếu tín hiệu khơng dạng tuần hồn, ta phân tích dạng Fourier với sóng hình sin có tần số rời rạc 2.2.2.3 Băng thông kênh truyền (Bandwidth) Bởi tín hiệu xem kết hợp chuỗi sóng hình sin, nên ta xem rằng, truyền tải tín hiệu tương đương với việc truyền tải sóng hình sin thành phần Vì tần số chúng khác nhau, chúng đến nơi với độ suy giảm khác nhau, số chúng khơng 34 IT102_Bai 2_ v1.0013103214 Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính nhận Nếu ta định nghĩa ngưỡng “nghe” A0, tất tín hiệu hình sin có tần số nhỏ f1 xem bị Tương tự tín hiệu có tần số lớn f2 xem bị Những tín nhận bên nghe tín hiệu có tần số nằm f1 f2 Khoảng tần số gọi băng thông kênh truyền Nói khác, với tín hiệu phức tạp bất kỳ, tín hiệu truyền tải tần số sóng hình sin thành phần có tần số nằm khoảng băng thơng kênh truyền Chúng ta nhận thấy rằng, băng thơng lớn có nhiều tín hiệu truyền đến nơi Chính Hình 2.10: Đặc tả độ suy hao thường quan tâm đến kênh truyền có tín hiệu theo tần số băng thơng rộng Ví dụ: Độ rộng băng thơng kênh truyền điện thoại 3100 Hz tín hiệu âm nghe nằm khoảng tần số từ 300 Hz đến 3400 Hz 2.2.2.4 Tần số biến điệu tốc độ liệu (Baund rate and bit rate)  Một thơng điệp hình thành từ chuỗi liên tiếp tín hiệu số hay Mỗi tín hiệu có độ dài thời gian t Các tín hiệu lan truyền kênh truyền với vận tốc 108 m/s kênh truyền cáp quang hay 2.106 m/s kênh kim loại Chúng ta thấy tốc độ lan truyền yếu tố định Yếu tố định nhịp mà ta đặt tín hiệu lên kênh truyền Nhịp gọi tần số biến điệu: R = 1/t (đơn vị bauds)  Nếu thông điệp dạng nhị phân, tín hiệu chuyển tải n bit, ta có tốc độ bit tính sau: D = nR (đơn vị bits/s)  Giá trị thể nhịp mà ta đưa bit lên đường truyền Ví dụ: cho hệ thống có R = 1200 bauds D = 1200 bits/s Ta suy tín hiệu chuyển tải bit  Một số ví dụ tần số biến điệu tốc độ liệu: Ví dụ 1: Truyền tải liệu số tín hiệu Ta sử dụng hai kiểu tín hiệu tuần tự, loại có độ dài sóng D, sóng thứ có tần số f1, sóng thứ hai có tần số f2 (gấp đơi tần số f1) Cả hai tín hiệu nhận ngõ Ta quy định tín hiệu thứ truyền bit “0” tín hiệu thứ hai truyền bit "1" Nhịp sử dụng để đưa tín hiệu lên đường truyền với nhịp truyền bit Hình 2.11: Biến điệu tần số tín hiệu truyền bit Sự phân biệt tín hiệu dựa khác biệt tần số tín hiệu sin Sự mã hóa gọi biến điệu tần số IT102_Bai 2_ v1.0013103214 35 Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính Ví dụ 2: Truyền liệu số tín hiệu Trong trường hợp ta sử dụng loại tín hiệu  hình sin lệch pha Mỗi loại tín hiệu vận chuyển bit 00, 01, 10 hay 11 Với cách thức thế, tốc độ liệu gấp đôi tần số biến điệu Sự phân biệt tín hiệu trường Hình 2.12: Biến điệu pha hợp dựa vào pha tín hiệu Ta gọi biến điệu pha Ví dụ 3: Truyền tải liệu số tín hiệu số Ta sử dụng tín hiệu số độ dài có biên độ khác Mỗi tín hiệu truyền tải bit chúng đại diện cho kết hợp khác bit Sự phân biệt tín hiệu trường hợp dựa vào biên độ tín hiệu Ta gọi biến điệu biên độ Hình 2.13: Biến điệu biên độ  Để có tốc độ truyền liệu cao nhất, ta tìm cách cải thiện tốc độ bit Bởi D = n R, ta tăng tốc độ bit cách tăng yếu tố sau: o Hoặc tăng n (số bit truyền tải tín hiệu), nhiên nhiễu rào cản quan trọng o Hoặc tăng R (tần số biến điệu), nhiên vượt qua tần số biến điệu cực đại Rmax o Kết sau chứng minh Nyquyst (1928) xác định mối ràng buộc tần số biến điệu cực đại băng thông kênh truyền W:  Rmax = W  Kết tính tốn lý thuyết, thực tế Rmax = 1,25 W 2.2.2.5 Nhiễu khả kênh truyền Nhiễu bao gồm tín hiệu ký sinh, chúng chồng lên tín hiệu truyền tải chúng làm cho tín hiệu bị biến dạng Hình 2.14: Nhiễu kênh truyền 36 IT102_Bai 2_ v1.0013103214 Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính Chúng ta phân biệt thành loại nhiễu:  Nhiễu xác định: phụ thuộc vào đặc tính kênh truyền  Nhiễu khơng xác định  Nhiễu trắng từ chuyển động điện tử Nhiễu phiền tối dĩ nhiên loại nhiễu khơng xác định Chúng làm thay đổi tín hiệu vào khoảng thời gian làm cho bên nhận khó phân biệt bit “0” hay bit “1” Chính mà cơng suất tín hiệu nên lớn nhiều so với công suất nhiễu Tỷ lệ cơng suất tín hiệu cơng suất nhiễu tính theo đơn vị Decibels biểu diễn sau: S/N = 10log10(PS(Watt) / PN(Watt)) Trong PS PN cơng suất tín hiệu cơng suất nhiễu Định lý Shannon (1948) giải thích tầm quan trọng tỷ lệ S/N việc xác định số bit tối đa chun chở tín hiệu sau: n max  log  PS PN Kết hợp với định lý Nyquyst, ta suy tốc độ bit tối đa kênh truyền tính theo cơng thức sau: C  D max  R max n max  2Wlog   PS P   Wlog 1  S  PN  PN  C gọi khả kênh truyền, xác định tốc độ bit tối đa chấp nhận kênh truyền Ví dụ: Kênh truyền điện thoại có độ rộng băng thông W = 3100 Hz; tỷ lệ S/N = 20 dB Từ ta tính khả kênh truyền điện thoại là: C = 20,6 Kbits/s 2.2.2.6 Giao thông (Traffic) Giao thông khái niệm liên quan đến sử dụng kênh truyền tin Giao thông cho phép biết mức độ sử dụng kênh truyền từ chọn kênh truyền phù hợp với mức độ sử dụng Để đánh giá giao thơng, ta xem truyền tải hay giao tiếp phiên giao dịch (Session) với độ dài trung bình T (đơn vị giây) Cho Nc số lượng phiên giao dịch trung bình Mật độ giao thơng E tính theo biểu thức sau: E = TNc / 3600 Nói cách khác, mật độ giao thông đại lượng dùng để đo mức độ sử dụng kênh truyền giây Thực tế, phân tích kỹ ta thấy phiên giao dịch chứa nhiều khoảng im lặng (không dùng kênh truyền), ta phân biệt thành loại phiên giao dịch:  Các phiên giao dịch mà thời gian sử dụng T sử dụng hết  Các phiên giao dịch mà thời gian T có chứa khoảng im lặng Trong trường hợp thứ hai, mật độ giao thơng khơng phản ánh mức độ bận rộn thật kênh truyền Ta tách phiên giao dịch thành nhiều giao dịch (Transaction) IT102_Bai 2_ v1.0013103214 37 Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính với độ dài trung bình p bit, cách khoảng khoảng im lặng Giả sử Nt số giao dịch trung bình phiên giao dịch Hình 2.15: Mơ hình phiên giao dịch với khoảng giao dịch có độ dài khác Gọi D tốc độ bit kênh truyền, tốc độ bit thật d trường hợp là: d  Nt P T d D Ví dụ: Trong tính tốn khoa học từ xa, người dùng giao tiếp với máy tính trung tâm Cho: p = 900 bits, Nt = 200, T = 2700 s, Nc = 0.8, D = 1200 b/s Khi đó: tần suất sử dụng kênh truyền định nghĩa tỷ số:    Mật độ giao thơng trung bình E = 0.6  Tầng suất sử dụng kênh truyền  =0.05 2.3 Truyền thông mạng vô tuyến Môi trường vô tuyến (Wireless Environment) Các loại mạng vơ tuyến Kênh truyền vơ tuyến thật tiện lợi cho tất chúng ta, đặc biệt địa hình mà kênh truyền hữu tuyến khơng thể thực phải tốn nhiều chi phí (rừng rậm, hải đảo, miền núi) Kênh truyền vô tuyến truyền tải thông tin tốc độ ánh sáng Gọi:  c tốc độ ánh sáng  f tần số tín hiệu sóng   độ dài sóng Khi ta có: c = f Hình 2.16: Phân bổ phổ sóng điện từ Tín hiệu có độ dài sóng lớn khoảng cách truyền xa mà không bị suy giảm, ngược lại tín hiệu có tần số cao có độ phát tán thấp Hình 2.16 mơ tả phổ sóng điện tử dùng cho truyền liệu Khoảng tần số cao truyền tải nhiều thông tin 38 IT102_Bai 2_ v1.0013103214 Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính 2.4 Các phương thức truyền liệu 2.4.1 Giao thức truyền đơn công không ràng buộc (Unrestricted Simplex Protocol) Protocol (Utopia) dùng cho việc truyền tải thông tin theo chiều từ người gửi sang người nhận Kênh truyền giả định khơng có lỗi bên nhận giả định xử lý hết tất thơng tin gửi đến cách nhanh chóng Chính mà bên gửi đơn thực vòng lặp đưa liệu lên đường truyền với tốc độ nhanh typedef enum {frame arrival} event type; #include “protocol.h” void sender1(void) { frame s; /*Vùng đệm để chứa khung gửi đi*/ packet buffer; /*Vùng đệm để chứa gói tin gửi đi*/ while(true) { From_network_layer(&buffer); /*Nhận gói tin từ tầng mạng để gửi đi*/ s.info = buffer; /*Đưa gói tin vào khung gửi đi*/ to_physical_layer(&s); /*Gửi khung xuống tầng vật lý để gửi lên đường truyền*/ } } void receiver1(void) { frame r; event_type event; while (true){ wait_for_event(&event); /*Chờ kiện, xuất khung đến*/ from_physical_layer(&r); /*Nhận khung từ tầng vật lý*/ to_network_layer(&r.info); /*Lấy khung tên khỏi khung gửi lên tầng mạng*/ } } Giao thức truyền đơn công không ràng buộc 2.4.2 Giao thức truyền đơn công dừng chờ (Simplex Stop-and-wait Protocol) Giao thức Stop-and-wait thiết kế cho truyền tải thông tin chiều từ người gửi sang người nhận Kênh truyền tải thông tin lần giả định khơng có lỗi giao thức Unrestricted Simplex Protocol Tuy nhiên, trường hợp này, bên nhận có vùng lưu trữ có khả hạn chế tốc độ xử lý giới hạn, giao thức phải thiết kế dự phòng cho trường hợp liệu máy gửi đến nhanh làm tràn vùng lưu trữ thông tin bên nhận typedef enum {frame_arrival} event_type; #include “protocol.h” void sender2(void) { frame s; /*Vùng đệm để chứa khung gửi đi*/ packet buffer; /*Vùng đệm để chứa gói tin gửi đi*/ event_type event; /*Sự kiện báo hiệu khung đến*/ while (true) { from_network_layer(&buffer); /*Nhận gói tin từ tầng mạng để IT102_Bai 2_ v1.0013103214 39 Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính gửi đi*/ s.info = buffer; /*Đưa gói tin vào khung để gửi đi*/ to_physical_layer(&s); /*Gửi khung xuống tầng vật lý để gửi lên đường truyền*/ wait_for_event(&event); /*Chờ kiện đến khung báo nhận gửi từ bên gửi*/ } } void receiver2(void) { frame r,s; event_type event; while (true) { wait_for_event(&event); /*Chờ kiện, xuất khung đến*/ from_physical_layer(&r); /*Nhận khung từ tầng vật lý*/ to_network_layer(&r.info); /*Lấy thông tin khỏi khung gửi lên tầng mạng*/ to_physical_layer(&s); /*Gửi khung báo nhận sang bên gửi*/ } } Giao thức truyền đơn công truyền chờ 2.4.3 Giao thức truyền đơn công cho kênh truyền có nhiễu (Simplex Protocol for Noisy Channel) Giả sử ta bỏ giả thiết kênh truyền khơng có lỗi Trong trường hợp này, với kỹ thuật xử lý lỗi (Parity check, CRC), bên nhận phát khung bị lỗi Tuy nhiên, điều xảy khung gửi bị mất, không đến nơi nhận Khi dẫn đến tình trạng sau:  Người gửi khơng biết khung có đến nơi nhận tốt hay không Giải pháp: Yêu cầu người nhận gửi khung báo nhận thông báo tình hình khung bị lỗi  Các khung báo nhận bị Giải pháp: Mỗi gửi khung đi, Bên gửi thiết lập đếm thời gian Nếu sau khoảng thời gian quy định mà không nhận khung báo nhận, bên gửi gửi lại khung không báo nhận  Bên nhận không phân biệt khung trùng lặp bên gửi gửi lại Giải pháp: Mỗi khung có số thứ tự để phân biệt lẫn Số thứ tự tăng dần giá trị cực đại sau lại quay giá trị Trong ví dụ sau, số thứ tự có giá trị cực đại Như ta sử dụng giá trị để đánh số thứ tự cho khung /*Protocol {par} allows unidirectional data flow over unreliable channel */ #define MAX_SEQ /* Giá trị tối đa số thứ tự khung 1*/ Typedef enum {frame_arrival, cksum_err, timeout} event_type; #include “protocol.h” void sender3(void) { 40 an IT102_Bai 2_ v1.0013103214 Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính seq_nr next_frame_to_send; /* Số thứ tự gói tin lần gửi kế tiếp*/ frame s; /* Khung để gửi liệu đi*/ packet buffer;/* Vùng lưu trữ cho gói tin gửi*/ event_type event; next_frame_to_send = 0; from_network_layer(&buffer); while (true) { s.info = buffer; /* Khởi động số thứ tự cho khung gửi*/ s.seq = next_frame_to_send; /*Nhận gói tin từ tầng mạng để gửi đi*/ to_physical_layer(&s); start_timer(s.seq); wait_for_event(&event); /*Xây dựng khung để gửi đi*/ if (event == frame_arrival) { /*Đánh số thứ tự cho khung*/ from_physical_layer(&s); /*Gửi khung xuống tầng vật lý để truyền đi*/ if (s.ack == next_frame_to_send) { stop_timer(s.ack); from_network_layer(&buffer); /* Nếu khung báo nhận đến chậm, tạo kiện time - out*/ inc(next_frame_to_send); } } } } void receiver3(void) { seq_nr frame_expected; /*Số thứ tự gói tin chờ nhận kế tiếp*/ frame r,s; /*Khung nhận khung báo nhận*/ event_type event; frame_expected = 0; while (true) { wait_for_event(&event); /*Khởi động số thứ tự cho khung nhận*/ if (event == frame_arrival) { from_physical_layer(&r); if (r.seq == frame expected) /*Chờ kiện xảy ra*/ to_network_layer(&r.info); inc(frame_expected); /*Nếu kiện khung đến*/ } s.ack = 1- frame_expected; /*Nhận khung liệu từ tầng vật lý*/ to_physical_layer(&s); /*Nếu khung chờ*/ } /* Gửi liệu nhận lên tầng mạng*/ } } Giao thức truyền đơn cơng cho kênh truyền có nhiễu 2.4.4 Giao thức cửa sổ trượt (Sliding Windows) 2.4.4.1 Vấn đề truyền tải thông tin theo hai chiều (Duplex) Chúng ta muốn việc truyền tải thông tin hai bên giao tiếp diễn cách đồng thời theo hai chiều chiều để khai thác tối đa khả kênh truyền IT102_Bai 2_ v1.0013103214 41 Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính Để thực điều này, thực sử dụng chế độ truyền tải hai chiều, gọi song công (Duplex) Nguyên tắc thực sau:  Vẫn thực việc truyền tải khung, nhiên ta có phân biệt thành loại khung: liệu (Data), báo nhận ACK (Acknowledgement), báo không nhận NACK(Not Acknowledgement) trường xác định loại (Type) khung  Khi bên truyền tin, kết hợp đưa thơng tin báo cho bên biết tình trạng gói tin mà nhận trước Ta gọi kỹ thuật Piggyback 2.4.4.2 Giới thiệu giao thức cửa sổ trượt Thay truyền khung thời điểm (Simplex), giao thức cửa sổ trượt cho phép bên gửi gửi nhiều khung Giao thức sử dụng cửa sổ phép bên gửi theo dõi khung mà phép gửi khung mà chờ báo nhận, gọi cửa sổ gửi (Sending Windows) Một cửa sổ khác để bên nhận theo dõi khung mà phép nhận, gọi cửa sổ nhận (Receiving Windows) Cấu trúc cửa sổ mô tả hình 2.17:  Phần tơ đen phạm vi cửa sổ gồm có cửa trước cửa sau di chuyển theo chiều  Kích thước cửa sổ chiều cung giới hạn từ cửa sau đến cửa trước  Kích thước cửa sổ thay đổi Khi cửa trước di chuyển, cửa sổ mở rộng Ngược lại cửa sau di chuyển, kích thước cửa sổ bị thu hẹp lại làm cho cửa sổ thay đổi vị trí, trượt/quay quanh tâm vòng tròn Hình 2.17: Cấu trúc cửa sổ trượt  Kích thước nhỏ cửa sổ 0, cửa trước cửa sau nằm vị trí Giả sử, có n = 2k vị trí cho cửa, kích thước tối đa cửa sổ n - (khơng n để phân biệt với kích thước 0)  Giả sử ta dùng k bit để đánh số thứ tự cho khung Ta có 2k khung, đánh số từ đến 2k - Khi cửa sổ trượt chia thành 2k vị trí tương ứng với 2k khung  Đối với cửa sổ gửi, vị trí nằm cửa sổ trượt biểu số thứ tự khung mà bên gửi chờ bên nhận báo nhận Phần bên ngồi cửa sổ khung gửi tiếp Tuy nhiên phải đảm bảo rằng, cửa sổ gửi không vượt kích thước tối đa cửa sổ  Đối với bên nhận, vị trí nằm cửa sổ biểu số thứ tự khung mà sẵn sàng chờ nhận  Kích thước tối đa cửa sổ biểu thị dung lượng nhớ đệm bên nhận lưu tạm thời gói tin nhận trước xử lý chúng Giả sử bên nhận có vùng nhớ đệm có khả lưu trữ khung nhận Khi đó, kích thước tối đa cửa sổ 42 IT102_Bai 2_ v1.0013103214 Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính 2.4.4.3 Hoạt động cửa sổ trượt Ví dụ sau mơ tả hoạt động cửa sổ trượt với kích thước cửa sổ 1, sử dụng bit để đánh số thứ tự khung (từ đến 7) Hình 2.18: Hoạt động cửa sổ trượt  Khởi đầu bên gửi: chưa gửi khung nên kích thước cửa sổ  Bên nhận chờ nhận khung 0, kích thước cửa sổ (Hình a)  Bên gửi gửi khung số 0: Nó kiểm tra kích thước cửa số trượt 0, nhỏ kích thước tối đa nên phép gửi Cửa trước cửa sổ gửi di chuyển lên bước chứa giá trị số thứ tự khung báo nhận bên gửi chờ Kích thước cửa sổ trượt lúc 1, đạt đến kích thước tối đa nên khơng phép gửi thêm khung (Hình b)  Bên nhận nhận khung 0: kiểm tra nhận thấy khung khơng có lỗi Nó gửi khung báo nhận số cho bên nhận Đồng thời cửa sau di chuyển để loại khung số khỏi cửa sổ trượt Cửa trước di chuyển để mở rộng kích thước cửa sổ đến giá trị tối đa Lúc cửa sổ nhận chứa khung số khung mà chờ nhận tiếp (Hình c)  Bên gửi nhận khung báo nhận số 0: Vì khung báo hiệu bên nhận nhận tốt nên cửa sau cửa sổ gửi di chuyển để loại khung số khỏi cửa sổ gửi Lúc cửa sổ gửi có kích thước 0, bên gửi có quyền gửi tiếp khung (Hình d) Như kích thước cửa sổ trượt 1, ta có giao thức stop-and-wait 2.5 Card mạng 2.5.1 Vai trò Card mạng Để quản lý kết nối mạng thành cơng, bạn phải có điều hợp mạng (network adapter) giao thức mạng (Network Protocol) cài đặt cấu hình Bước cài cấu hình điều hợp mạng vật lý mà bạn sử dụng Bước cài cấu hình giao thức mạng dùng cho mạng Hai giao thức hỗ trợ Windows XP TCP/IP NWLink IXP/SPX/NetBIOS Trong này, trước tiên bạn học cách cài cấu hình điều hợp mạng: ráp card mạng vào Motherboard, cấu hình kiểm tra card có làm việc khơng Cuối bạn nắm thêm số rắc rối phát sinh cách giải IT102_Bai 2_ v1.0013103214 43 Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính 2.5.2 Các tùy chọn xác lập cấu hình Cài điều hợp mạng-Network Adapter NIC-Card mạng Bộ điều hợp mạng thiết bị phần cứng dùng để kết nối máy tính thiết bị khác với mạng Bộ điều hợp mạng chịu trách nhiệm cung cấp kết nối với mạng địa vật lý máy tính Bộ điều hợp mạng (hoặc thiết bị phần cứng khác) cần điều khiển (Driver) để liên lạc với hệ điều hành Windows XP Các driver thường có đĩa CD cài card mạng cung cấp Windows XP Bạn phải chuẩn bị sẵn đĩa CD cài đặt driver, có khả lắp ráp số thiết bị phần cứng vào Bo mạch máy tính biết cách cấu hình CMOS quản lý thiết bị kèm Motherboard 2.5.2.1 Tiến hành cài Trước cài điều hợp mạng, điều quan trọng đọc hướng dẫn với thiết bị Nếu điều hợp mạng mới, tự cấu hình, với khả Plug and Play Sau bạn cài điều hợp mạng có hỗ trợ Plug and Play, họat động bạn khởi động máy lần Các bước gắn NIC vào PC: dùng cho Motherboard khơng có Network Adapter  Tắt máy  Mở thùng CPU  Trên MotherBoard, tìm Slot PCI trống gắn NIC vào theo hình minh họa Hình 2.19: Cài NIC vào Motherboard Sau gắn vào khởi động hệ thống, Windows chạy chương trình New Hard ware Wizard (Hoặc Plug and Play) để cài Driver cho Card Bạn tiến hành đưa dĩa CD vào theo bước công việc cài Driver hoàn tất Lưu ý: Những thiết bị tự động tìm thiết đặt tự cấu hình Các thiết bị cũ dựa vào chương trình cài đặt phần cứng để cấu hình Những thiết bị cũ đòi hỏi bạn phải tự cấu hình thơng qua switches (khóa chuyển) jumpers (cầu nối ngắt) Khi điều hợp mạng khơng có khả Plug and Play, hệ điều hành dò tìm thiết bị phần cứng khởi động chương trình New Hardware Wizard (thuật sĩ) hướng bạn qua bước tìm tải driver cho điều hợp Nếu MotherBoard bạn có kèm Built-n Ehternet adapter bạn phải kích hoạt (Enable) CMOS cách chọn LAN Deivice Enabled, sau bạn phải dùng đĩa cài đặt motherboard để cài Driver cho LAN Port 44 IT102_Bai 2_ v1.0013103214 Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính 2.5.2.2 Kiểm tra NIC cài Lưu ý dùng cách xem Classic View Control Panel cho thực hành Khi điều hợp mạng cài đặt, bạn cấu hình cho thơng qua hộp thoại Properties Để truy cập hộp thoại này, có nhiều cách, cách sử dụng Device Manager Nháy Start/Control Panel/ chọn Switch to Classic View/ Chọn System/ Nháy chọn trang Hardware/ Nháy chọn Device Manager/ Nháy đúp Network Adapters Cửa sổ Device Manager mở hình 2.20 Hình 2.20: Kiểm tra NIC Tùy vào Model NIC bạn mua mà tên NIC khác so với hình 2.20 bạn khơng thấy có báo lỗi với dấu chấm than màu vàng Một cách khác để kiểm tra xem NIC hoạt động không, bạn nháy Start/Control Panel/ Network Connections Trong cửa sổ Network Connections mở hình dưới: Hình 2.21: Kiểm tra NIC Network Connection IT102_Bai 2_ v1.0013103214 45 Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính Nháy nút phải chuột lên Local Area Network, chọn Properties: Cửa sổ Local Area Connection Properties mở hình dưới: Hình 2.22: Local Area Connection Properties Nháy nút Configure…, cửa sổ hình 2.23 Với nút: General, Advanced, Driver, Resourees Power Management Hình 2.23: Xem cấu hình Card mạng 46 IT102_Bai 2_ v1.0013103214 Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính TĨM LƯỢC CUỐI BÀI  Khái niệm thơng tin  Có loại cáp truyền dẫn tín hiệu: o Cáp xoắn đôi (Twisted Pair) o Cáp đồng trục (Coaxial Cable) o Cáp quang (Fiber Optic)  Có phương thức truyền liệu: o Giao thức truyền đơn công không ràng buộc o Giao thức truyền đơn công dừng chờ o Giao thức truyền đơn công cho kênh truyền có nhiễu  Card mạng, cách cài đặt IT102_Bai 2_ v1.0013103214 47 Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính CÂU HỎI TỰ LUẬN Câu Cáp xoắn đơi gì? Câu Cáp đồng trục gì? Câu Cáp quang gì? Câu Viết công thức xác định độ bất định Câu Mô tả truyền tín hiệu cáp quang chế độ đơn Câu Mơ tả truyền tín hiệu cáp quang chế độ đa không thẩm thấu Câu Mô tả truyền tín hiệu cáp quang chế độ đa bị thẩm thấu Câu Kênh truyền điện thoại có độ rộng băng thông W = 3100 Hz; tỷ lệ S/N = 20 dB Khả kênh truyền điện thoại bao nhiêu? Câu Trong tính tốn khoa học từ xa, người dùng giao tiếp với máy tính trung tâm Cho: p = 900 bits, Nt = 200, T = 2700 s, Nc = 0.8, D = 1200 b/s Tính θ? E? Câu 10 Mơ tả hoạt động cửa sổ trượt Câu 11 Làm để cửa sổ Device Manager mở ra? Câu 12 Mô tả cấu trúc cửa sổ trượt Câu 13 Trong giao thức truyền đơn cơng cho kênh truyền có nhiễu, điều xảy khung gửi bị mất, không đến nơi nhận? Câu 14 Cho hệ thống có R = 4200 bauds D = 600 bits/s Tính số bits truyền tải Câu 15 Lấy ví dụ độ bất định thơng tin 48 IT102_Bai 2_ v1.0013103214 Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM Loại môi trường truyền loại sau môi trường trường định hướng? a Twisted pair wire b Coaxial cable c Fiber optic cable d Microwave Loại cáp sử dụng phổ biến nay? a Cáp đồng trục b Cáp STP c Cáp UTP (CAT 5) d Cáp quang Khi nối mạng máy tính, sử dụng loại cáp để nối trực tiếp chúng? a Cáp quang b Cáp UTP thẳng c Cáp STP d Cáp UTP chéo Môi trường truyền tin thông thường mạng máy tính là: a Các loại cáp như: UTP, STP, cáp điện thoại, cáp quang, b Sóng hồng ngoại c Tất mơi trường nêu d Khơng có đáp án Môi trường truyền dẫn (Media) tín hiệu vật lý là: a Dây cáp quang b.Dây cáp đồng c Cáp quang hay sóng điện từ d Tất đáp án Chế độ truyền dẫn song công (Duplex) chế độ truyền mà thiết bị có thể: a Chế độ truyền tải hai chiều b Chỉ gửi nhận liệu c Gửi nhận liệu thời điểm d Tất đáp án sai Độ bất định: a Có giá trị cố định b Có giá trị nằm đoạn [0, 1] c Có giá trị nằm khoảng (0, 1) d Tất đáp án Trong máy tính thơng tin biểu diễn bằng: a Hệ đếm thập phân b Hệ đếm Hexa c Hệ đếm nhị phân d Hệ đếm Hiện có loại Cáp sử dụng phổ biến? a b c d c Cáp quang tự phát d a b 10 Nguồn phát Cáp quang là: a Đèn LED cổ điển b Diod laser 11 Sự lan truyền tín hiệu cáp quang thực a Sự phản xạ bề mặt c Sự truyền tín hiệu điện trường b Sự truyền electron d Tất đáp án 12 Nhiễu làm cho tín hiệu: a Trở nên nét c Bị biến dạng IT102_Bai 2_ v1.0013103214 b Truyền nhanh d Tất đáp án sai 49 Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính 13 Nhiễu phiền tối nhiễu: a Nhiễu xác định b Nhiễu không xác định c Nhiễu trắng d Tất đáp án 14 Kênh truyền vô tuyến truyền tải thông tin a Tốc độ ánh sáng b Tốc độ âm c Dạng sóng âm d Tất đáp án sai 15 Bộ điều hợp mạng thiết bị phần cứng dùng để a Kết nối máy tính thiết bị khác với mạng b Kết nối máy tính với c Kết nối thiết bị với mạng d Kết nối máy tính với mạng 50 IT102_Bai 2_ v1.0013103214 ... v1.0013103214 39 Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính gửi đi*/ s.info = buffer; /*Đưa gói tin vào khung để gửi đi*/ to_physical_layer(&s); /*Gửi khung xuống tầng vật lý để gửi lên đường truyền* / wait_for_event(&event);... 2.14: Nhiễu kênh truyền 36 IT102_Bai 2_ v1.0013103214 Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính Chúng ta phân biệt thành loại nhiễu:  Nhiễu xác định: phụ thuộc vào đặc tính kênh truyền  Nhiễu... Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính 2.4 Các phương thức truyền liệu 2.4.1 Giao thức truyền đơn công không ràng buộc (Unrestricted Simplex Protocol) Protocol (Utopia) dùng cho việc truyền