Đang tải... (xem toàn văn)
BÀI 2: ĐƯỜNG TRUYỀN VẬT LÝ VÀ TRUYỀN DỮ LIỆU TÍNH... Cùng là ký.[r]
(1)Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính
Nội dung
Thông tin lượng tin
Cáp mạng
Truyền thông mạng vô tuyến
Môi trường truyền vô tuyến, loại mạng
vô tuyến
Card mạng
Hướng dẫn học Mục tiêu
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
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 không
Nắm thêm số rắc rối phát sinh cách
giải card mạng
(2)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
1 Các máy tính truyền thơng tin cho cách nào?
2 Các máy tính sử dụng thiết bị gì, cơng cụ để kết nối máy tính lại với nhau?
(3)Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính
2.1. Thơng 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 công việc cần làm đểđạt 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 thông 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 giảđã truyền đạt lại
Khi tiếp nhận thông tin, người thường phải xử lý để tạo thơng tin mới, có ích hơn, từđó 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 có thểđược 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 mơi trường khơng thuận lợi, thơng 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 dịng lượng mang thông tin Chúng gọi vật (giá) mang tin Dữ liệu (Data) biểu diễn thông tin thể tín hiệu (Signal) vật lý
(4)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 đểđiều 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 vềđối 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 chẽđến khái niệm xác suất - độđo 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 ngụởđâu địa bàn (4 quận huyện) Hà Nội trước có thơng tin bổ sung 1/9, cịn sau 1/5 Xác suất nhỏ độ bất định lớn Thơng tin có thểđo 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
i i i
H(s) p log (p )
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, thơng 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 th2 ểứng 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
(5)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 yêu cầu, băng thông
2.2.1.1. Cáp xoắn đôi (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 đôi 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 tịa nhà có khả chống nhiễu so với STP
Cáp loại có tốc độđạt đến 1Mbps (cáp điện thoại)
Cáp loại có tốc độđạt đến 10Mbps (dùng mạng Ethernet 10BaseT) (Hình 2.1.a)
Cáp loại có tốc độđạt đến 100MBps (dùng mạng 10 BaseT 100 BaseT) (Hình 2.1.b)
Cáp loại 5E loại có tốc độđạt đến 1000 MBps (dùng mạng 1000 BaseT)
2.2.1.2. Cáp đồng trục (Coaxial Cable)
(6)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 bịđầu 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 sẽđược chuyển thành sung điện tử nhận Nguồn phát quang đèn LED (Light Emitting Diode) cổ điển, hay diod laser Bộ dị 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 Chếđộđơn: tia sáng đường truyền tải Hai chếđộ lại gọi chếđộđa: nhiều tia sáng truyền song song Trong chếđộđơn, 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
(7)Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính Chế độ đa không 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 chếđộđơn 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 thông 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 bằng 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 tuần tựđơn giản nhất, dễ dàng tạo Hơn đặc biệt ý đến yếu tố sau: dạng tín hiệu có thểđược 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 qng, hình thành từ hai sợi kim loại Một đoạn kênh truyền xem đèn cực gồm điện trở R tụđiện 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:
(8)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:
out
2 in
V
; F arctang( RCW)
V 1 (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 sơđồ 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, chúng
ta muốn độ suy giảm nhỏ chọn 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 ởđây 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 có thểđến nơi với độ suy giảm khác nhau, số chúng khơng
(9)Bài 2: Đường truyền vật lý truyền liệu tính cịn nhận Nếu ta định nghĩa ngưỡng cịn “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 thông kênh truyền Chúng ta nhận thấy rằng, băng thơng lớn có nhiều tín hiệu truyền đến nơi Chính thường quan tâm đến kênh truyền có 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 tín hiệu truyền bit Sự phân biệt
Hình 2.10: Đặc tảđộ suy hao của tín hiệu theo tần số
(10)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
2
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 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 có thểđại 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