TIỂU LUẬN MẠNG Máy tính_Khoa học máy tinh: Tổng quan về phát hiện và sửa lỗi

Trao đổi thông tin là một nhu cầu bức thiết và không thể thiếu của con người. Mạng máy tính ra đời đã giải quyết được phần nào nhu cầu này. Hơn nữa, để tồn tại và phát triển con người phải từng bước khám phá được thiên nhiên thông qua việc giải những bài toán rất phức tạp. Chỉ một vài nhà khoa học và chỉ bằng những máy tính đơn lẻ làm công cụ sẽ không thể nào xử lý và giải quyết được những bài toán phức tạp đó. Việc kết nối các máy tính thành mạng máy tính giúp cho con người sử dụng được sức mạnh tổng hợp của trí tuệ nhân loại cũng như sức mạnh tổng hợp của công cụ xử lý thông tin. Sự kết hợp của mạng máy tính với các hệ thống truyền thông đã tạo một sự chuyển biến có tính cách mạng trong vấn đề tổ chức khai thác và sử dụng các hệ thống máy tính. Mô hình tập trung dựa trên các máy tính lớn với phương thức xử lý đã được thay thế bởi một mô hình tổ chức sử dụng mới, trong đó các máy tính đơn lẻ được kết nối lại để cùng thực hiện công việc. Một môi trường làm việc nhiều người sử dụng phân tán đã hình thành, cho phép nâng cao hiệu quả khai thác tài nguyên chung từ những vị trí địa lý khác nhau.

MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 NỘI DUNG I.TỔNG QUAN VỀ PHÁT HIỆN VÀ SỬA LỖI Các khái niệm lỗi Các kiểu lỗi 2.1 Lỗi bit đơn – Single bit error 2.2 Lỗi bit chùm – Burst Error .5 Phát sai truyền số liệu II CÁC KĨ THUẬT PHÁT HIỆN LỖI .8 Phương pháp kiểm tra bit chẵn lẻ (Parity bit) Kiểm tra tổng khối BSC ( Block Sum Check ) 12 Kiểm tra CRC (Cyclic Redundancy Check) 13 KẾT LUẬN 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO .19 MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Trao đổi thông tin nhu cầu thiết khơng thể thiếu người Mạng máy tính đời giải phần nhu cầu Hơn nữa, để tồn phát triển người phải bước khám phá thiên nhiên thông qua việc giải toán phức tạp Chỉ vài nhà khoa học máy tính đơn lẻ làm công cụ xử lý giải toán phức tạp Việc kết nối máy tính thành mạng máy tính giúp cho người sử dụng sức mạnh tổng hợp trí tuệ nhân loại sức mạnh tổng hợp công cụ xử lý thông tin Sự kết hợp mạng máy tính với hệ thống truyền thơng tạo chuyển biến có tính cách mạng vấn đề tổ chức khai thác sử dụng hệ thống máy tính Mơ hình tập trung dựa máy tính lớn với phương thức xử lý thay mô hình tổ chức sử dụng mới, máy tính đơn lẻ kết nối lại để thực công việc Một môi trường làm việc nhiều người sử dụng phân tán hình thành, cho phép nâng cao hiệu khai thác tài nguyên chung từ vị trí địa lý khác Mạng máy tính đời cần có khả truyền liệu cách xác Một hệ thống khơng đảm bảo tính khơng sử dụng Trong q trình truyền liệu bị tác động nhiều yếu tố, làm sai lệch liệu truyền nhận Vì hệ thống cần có độ tin cậy tốt với chế phát sửa lỗi Đó lý thân lựa chọn đề tài tiểu luận: Một số kĩ thuật phát lỗi truyền nhận liệu mạng máy tính Thực ra, việc phát sửa lỗi lĩnh vực nghiên cứu sâu ứng dụng mạnh mẽ Tuy nhiên, tiểu luận trình bày có tính tổng quan Tiểu luận nhằm tóm tắt lại tri thức mà thân thu nhận qua thời gian học tập ngắn qua tham khảo số tài liệu Tiểu luận gồm hai phần Phần 1: giới thiệu cách tổng quan phát sửa lỗi mạng máy tính Phần 2: giới thiệu số kĩ thuật phát lỗi đưa số nhận xét, đánh giá kĩ thuật 2.Mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu 2.1 Mục đích nghiên cứu Bài tiểu luận đưa số kĩ thuật phát lỗi truyền liệu mạng máy tính nhằm đảm bảo độ tin cậy việc truyền liệu thiết bị đầu cuối 2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt mục đích trên, tiểu luận cần thực nhiệm vụ sau: - Làm rõ kiểu lỗi truyền nhận liệu - Phân tích số kĩ thuật nhằm phát lỗi truyền liệu 3.Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Bài tiểu luận nghiên cứu vấn đề phát lỗi truyền liệu thiết bị đầu cuối 3.2 Phạm vi nghiên cứu Bài tiểu luận nghiên cứu việc phát sửa lỗi thiết lập lớp kết nối liệu lớp vận chuyển mơ hình OSI 4.Phương pháp luận phương pháp nghiên cứu 4.1 Phương pháp luận nghiên cứu Bài tiểu luận dựa sở lý thuyết mạng máy tính, nghiên cứu mạng máy tính thơng qua nguồn tài liệu, kết hợp phương pháp tìm kiếm, phân tích, so sánh, tổng hợp 4.2 Phương pháp nghiên cứu Bài tiểu luận sử dụng phương pháp nghiên cứu như: tìm kiếm, phân tích, so sánh, tổng hợp… NỘI DUNG I.TỔNG QUAN VỀ PHÁT HIỆN VÀ SỬA LỖI Khi liệu truyền DTE (Data Terminal Equipment – thiết bị đầu cuối xử lý số liệu) thiết bị lưu trữ xử lý thông tin Trong hệ thống truyền số liệu đại DTE thường máy tính máy fax trạm cuối (terminal) Như tất ứng dụng người sử dụng (chương trình, liệu) nằm DTE Chức DTE thường lưu trữ phần mềm ứng dụng, đóng gói liệu gửi DCE (thiết bị đầu cuối kênh liệu – Data circuit terminal equipment) nhận gói liệu từ DCE theo giao thức xác định DTE trao đổi với DCE thông qua chuẩn giao tiếp Như mạng truyền số liệu để nối DTE lại cho phép phân chia tài nguyên, trao đổi liệu lưu trữ thông tin dung chung đặc biệt đường dây truyền dẫn môi truyền xuyên nhiễu mạng điện thoại cơng cộng, tín hiệu điện đại diện luồng bit dễ bị thay đổi ảnh hưởng thiết bị điện gần Điều có nghĩa tín hiệu đại diện cho bit bị máy thu dịch bit nhị phân ngược lại Có hai phương pháp cho vấn đề này, là:  Kiểm sốt lỗi hướng tới (FEC-Forward Error Control): ký tự hay frame liệu truyền có chứa thơng tin bổ sung cần thiết để bên thu phát lỗi dị tìm vị trí bit lỗi Sau cần đảo ngược bit lỗi để nhận liệu  Kiểm soát lỗi quay lui (Backward Error Control): Trong ký tự hay frame liệu truyền chứa thông tin cần thiết để bên thu phát lỗi Một điều khiển yêu cầu bên phát phát lại liệu Trong thực tế, số lượng bit thêm vào để đạt độ tin cần thiết điều khiển hướng tới gia tăng nhanh chóng số lượng bit thơng tin tăng lên Do đó, phương pháp điều khiển lỗi quay lui sử dụng nhiều dạng truyền số liệu hệ thống mạng Các khái niệm lỗi Về chất, lỗi truyền số liệu lỗi bit Nếu tín hiệu mang liệu nhị phân mã hóa, thay đổi làm thay đổi ý nghĩa liệu Nguyên nhân gây lỗi:  Các trình vật lý sinh ra: lỗi xảy q trình truyền số liệu đường truyền vật lý Bất tín hiệu điện từ di chuyển từ điểm tới điểm khác, dễ bị nhiễu khơng đốn trước từ sức nóng, từ tính dạng điện Sự nhiễu làm thay đổi hình dạng thời gian tín hiệu  Các thiết bị truyền thông gây ra: lỗi xẩy thiết bị tham gia truyền số liệu gây Để xác định xác suất lỗi bit sử dụng Pb Xác định tỉ suất lỗi bit – BER (Bit Error Rate) BER £ 10-9 – đường truyền xem tốt BER £ 10-4 – đường truyền chấp nhận Ngồi cịn số đơn vị đo khác, sử dụng hơn: FER (Frame Error Rate) PER (Packet Error Rate) Để xác định xác suất lỗi gói số liệu sử dụng cơng thức: Pf = – (1 – Pb) N với N – độ dài gói số liệu, đo bit Pf ≈ N.Pb, N.Pb Phát lỗi đơn lỗi ghép, không phát tất lỗi đặc biệt lỗi tạo hình chữ nhật trường hợp (4) 11 Kiểm tra tổng khối BSC ( Block Sum Check ) Block Sum Check (BSC): kết hợp parity hàng cột • Phát lỗi sai số lẻ bit • Dò lỗi sai số chẵn bit, ngoại trừ lỗi xảy đồng thời hàng cột • Chỉ sửa sai bit đơn - Khi khối ký tự truyền, xác suất ký tự chứa lỗi bit gia tăng - Xác suất khối ký tự bị lỗi bit gọi tỉ lệ lỗi bit BER - Phương pháp sử dụng tập parity bit tính từ toàn khối ký tự khung - Mỗi ký tự khung phân phối parity bit (parity hàng) Ngồi bit mở rộng tính cho vị trí bit (parity cột) tồn khung Tập parity bit cho cột gọi ký tự kiểm tra khối BCC (Block Check Character) Ví dụ: Data H E L L O BCC(odd) Start 1 1 1 Data B1 0 1 Parity (even) stop B2 0 1 B3 0 0 B4 0 0 B5 0 0 B6 0 0 B7 1 1 Kiểm tra CRC (Cyclic Redundancy Check) 12 0 1 0 0 0 CRC (cyclic redundancy check) loại hàm băm, dùng để sinh giá trị kiểm thử, chuỗi bit có chiều dài ngắn cố định, gói tin vận chuyển qua mạng hay khối nhỏ tệp liệu Giá trị kiểm thử dùng để dò lỗi liệu truyền hay lưu vào thiết bị lưu trữ Giá trị CRC tính tốn đính kèm vào liệu trước liệu truyền hay lưu trữ Khi liệu sử dụng, kiểm thử cách sinh mã CRC so khớp với mã CRC liệu CRC loại mã phát lỗi Cách tính tốn giống phép tốn chia số dài thương số loại bỏ số dư kết quả, điểm khác biệt sử dụng cách tính khơng nhớ (carry-less arithmetic) trường hữu hạn Độ dài số dư nhỏ độ dài số chia, số chia định độ dài kết trả Định nghĩa loại CRC đặc thù định số chia sử dụng, nhiều ràng buộc khác CRC dựa chủ yếu vào phần bit bổ sung, kỹ thuật CRC dựa phép chia nhị phân Trong CRC, thay thêm bit để đạt tính chẵn lẻ theo mong đợi, chuỗi bit dư thừa gọi CRC hay số dư CRC, ghép vào cuối đơn vị liệu đơn vị liệu kết chia hết cho số nhị phân thứ hai xác định trước Tại đích nó, đơn vị liệu đến chia số Nếu bước này, phép chia có số dư 0, đơn vị liệu coi cịn ngun vẹn chấp nhận Nếu số dư khác khơng có nghĩa đơn vị liệu bị hư hại q trình truyền bị loại bỏ Các bit dư thừa sử dụng CRC lấy từ phép chia đơn vị liệu theo số chia xác định trước; phần dư phép chia CRC Để phân loại q trình này, bắt đầu cách tổng quan sau sâu vào chi tiết 13 Bước thứ nhất, chuỗi n bit ghép vào đơn vị liệu Số n số nhỏ số bit số chia xác định tước có chiều dài n+1 bit Bước thứ hai, đơn vị liệu kéo dài chia cho số chia sử dụng trình gọi chia nhị phân Phần dư phép chia CRC Bước thứ 3, CRC n bit dẫn từ bước thay bit ghép vào cuối đơn vị liệu Chú ý CRC bao gồm tất bit Đầu tiên, liệu nhận, theo CRC Bên nhận coi tồn chuỗi liệu đơn vị chia cho số chia mà sử dụng trước để tìm số dư CRC Nếu chuỗi đến mà khơng có lỗi, kiểm tra CRC cho kết đầu số dư đơn vị liệu qua Nếu chuỗi bị thay đổi trình truyền, kết phép chia số khác 0, đơn vị liệu khơng qua Bộ sinh CRC- CRC generator Một sinh CRC sử dụng phép chia modulor Trong bước đầu tiên, số chia bit trừ từ bit số bị chia Mỗi bit số chia trừ tương ứng với bit số bị chia mà không cần nhớ sang bit cao Trong ví dụ , số chia 1101 trừ từ bit số bị chia, 1001 cho kết 100 (số đầu số dư bỏ đi) Các bít chưa sử dụng từ số bị chia sau chuyển xuống để tạo số bit số dư với số bit số chia Do đó, theo bước 1000-1101=101… Trong q trình này, số chia bắt đầu với bit 1; số chia trừ từ phần số bị chia/số dư trước độ dài; số chia trừ từ số bị chia/số dư mà bit trái Tại thời điểm bit trái bị chia/số dư 0, chuỗi số 0, có chiều dài số chia, thay số chia bước tồn q trình Ví dụ, số chia có độ dài bit, thay số (Chú ý xử lý với mẫu bit, với giá trị định lượng; 0000 không giống 0.) Hạn chế có nghĩa bước bên trái phép trừ 0-0 1-1, hai Vì vậy, sau phép trừ, bit bên trái số dư dẫn tới 0, bit loại bỏ bit chưa sử dụng số bị chia đẩy xuống để đưa số dư Cần ý có bit số dư loại bỏ- bit 0, giữ lại, số bị chia/số 14 dư cho bước bắt đầu với Quá trình lắp lại toàn số bị chia sử dụng Bộ kiểm tra CRC- CRC Checker Bộ kiểm tra CRC thực chức cách xác sinh CRC Sau nhận liệu ghép với CRC, tương tự thực phép chia modulor-2 Nếu số dư tất 0, bit CRC bỏ liệu chấp nhận, khơng dịng bit nhận bị bỏ liệu gửi lại giải sử khơng có lỗi xảy Số chia tất liệu chấp nhận 15 Các đa thức CRC Bộ sinh CRC (số chia) thường biểu diễn không dạng chuỗi bit mà cịn đa thức đại số Khn dạng đa thức hữu dụng hai lý do: Nó ngắn, sử dụng để chứng minh khái niệm toán học Mối quan hệ đa thức biểu diễn nhị phân Một đa thức lựa chọn cho thỏa mãn: - Nó khơng chia hết x - Nó chia hết (x+1) Điều kiện đảm bảo tất lỗi bit chùm bit có độ dài với độ dài đa thức dò thấy Điều kiện thứ đảm bảo lỗi bit hàng loạt ảnh hưởng số lẻ bit dò thấy Các đa thức sinh chuẩn: CRC12: x12+x11+x3+x+1 CRC16: x16+x15+x2+1 CRC-ITU-T: x16+x12+x5+1 CRC32: x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1 Hiệu kỹ thuật CRC CRC phương pháp dị tìm lỗi hiệu Nếu số chia chọn theo ngun tắc trước thì: - CRC dị tất lỗi bit chùm bit mà ảnh hưởng số lẻ bit - CRC dị tất lỗi bit chùm có chiều dài nhỏ bậc đa thức - CRC dị tìm với khả tìm thấy lỗi bit chùm bit có chiều dài lớn bậc đa thức 16 KẾT LUẬN Khi truyền tải chuỗi bit, lỗi phát sinh ra, bit biến thành bit hay ngược lại Ta định nghĩa tỷ lệ lỗi tỷ số sau: τ = Số bít bị lỗi / Tổng số bít truyền Tỷ lệ lỗi có giá trị từ 10 -5 đến 10-8 Tùy thuộc vào loại ứng dụng, lỗi có mức độ nghiêm trọng khác nhau, cần có chế cho phép phát lỗi sửa lỗi Các thống kê cho thấy 88% lỗi xẩy sai lệch bit 10% lỗi xảy sai lệch bit kề Chính ta ưu tiên cho vấn đề phát lỗi bit sửa đổi chúng cách tự động Với ý tưởng thế, ta sử dụng mã phát lỗi: bên cạnh thơng tin hữu ích cần truyền đi, ta thêm vào thông tin điều khiển Bên nhận thực việc giải mã thông tin điều khiển để phân tích xem thơng tin nhận xác hay có lỗi Thơng tin điều khiển đưa vào theo chiến lược Chiến lược thứ gọi mã sửa lỗi (Error-correcting codes) chiến lược thứ hai gọi mã phát lỗi (Error-detecting codes) Bộ mã sửa lỗi cho phép bên nhận tính tốn suy thơng tin bị lỗi (sửa liệu bị lỗi) Trong mã phát lỗi cho phép bên nhận phát liệu có lỗi hay khơng Nếu có lỗi bên nhận yêu cầu bên gởi gởi lại thông tin Với tốc độ đường truyền ngày cao, người ta thấy việc gởi lại khung thơng tin bị lỗi tốn so với việc tính tốn để suy giá trị ban đầu liệu bị lỗi Chính đa số hệ thống mạng ngày chọn mã phát lỗi Những mã phát lỗi (Error-Detecting Codes) 17 Có nhiều sơ đồ phát lỗi, có sơ đồ thơng dụng là:  Kiểm tra chẵn lẻ (Parity checks)  Kiểm tra tổng khối BSC (Block sum check)  Kiểm tra phần dư tuần hoàn (Cyclic redundancy check) Mỗi kỹ thuật, phương pháp có ưu nhược điểm riêng Dựa kĩ thuật phát lỗi mà người xây dựng thiết bị giao thức mạng máy tính phù hợp để đảm bảo độ tin cậy truyền nhận liệu thiết bị đầu cuối 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bài giảng chuyên nghành Mạng máy tính, TS Nguyễn Thành Đạt, Đại học Quy Nhơn Giáo trình Mạng truyền số liệu , Đại học Thái Nguyên Slide Các kĩ thuật truyền liệu số, Đại học Bách Khoa TP.HCM Vấn đề xử lý lỗi mạng, https://voer.edu.vn/ 19 ... tài tiểu luận: Một số kĩ thuật phát lỗi truyền nhận liệu mạng máy tính Thực ra, việc phát sửa lỗi lĩnh vực nghiên cứu sâu ứng dụng mạnh mẽ Tuy nhiên, tiểu luận trình bày có tính tổng quan Tiểu luận. .. vận chuyển mơ hình OSI 4.Phương pháp luận phương pháp nghiên cứu 4.1 Phương pháp luận nghiên cứu Bài tiểu luận dựa sở lý thuyết mạng máy tính, nghiên cứu mạng máy tính thơng qua nguồn tài liệu,... nghiên cứu Bài tiểu luận đưa số kĩ thuật phát lỗi truyền liệu mạng máy tính nhằm đảm bảo độ tin cậy việc truyền liệu thiết bị đầu cuối 2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt mục đích trên, tiểu luận cần thực