Bài giảng chương 3 giới thiệu về tầng vật lý trong mạng máy tính. Các nội dung chính trong chương này gồm có: Các chức năng cơ bản của tầng vật lý, các vấn đề cần cân nhắc, truyền dữ liệu và tín hiệu số, dải tầng cơ sở và dải tầng rộng,...và một số nội dung khác.
Chương 3: Tầng Vật lý The Physic Layer The Physic Layer Các chức tầng Vật lý Cung cấp đặc tả kỹ thuật cơ, điện, hàm, thủ tục Cung cấp khả dị tìm xung đột Chỉ rõ loại cáp, đầu nối thành phần khác Truyền dịng bit “tươi” qua kênh truyền thơng Kích hoạt, trì kết thúc liên kết vật lý Bao gồm phần mềm điều khiển thiết bị cho mạch giao tiếp truyền thông The Physic Layer Các vấn đề cần cân nhắc Tại thích truyền thơng tín hiệu số truyền thơng tín hiệu tương tự? Phương tiện truyền vật lý hứa hẹn cho tương lai gì? Truyền thơng vơ tuyến thay hồn tồn truyền thông hữu tuyến? “Hệ thống truyền thông cá nhân” gì? The Physic Layer Truyền liệu Tín hiệu số Các loại tín hiệu truyền qua phương tiện truyền vật lý: Tín hiệu số Tín hiệu tương tự Dữ liệu digital analog Một số liệu vốn trình bày dạng tín hiệu số • Ký tự ‘A’ bảng mã ASCII: 01000001 Các dạng liệu khác cần chuyển đổi từ analog sang digial • Âm thanh, video,… Chúng ta quan tâm đến tín hiệu/dữ liệu số! The Physic Layer Tại lại tín hiệu số?! Tín hiệu số tốt tín hiệu tương tự để Lưu trữ Thao tác, xử lý Truyền tin The Physic Layer Truyền số liệu (1) Việc truyền số liệu phụ thuộc vào Chất lượng tín hiệu Các đặc điểm phương tiện truyền Cần phải thực xử lý tín hiệu Cần phải đo lường chất lượng tín hiệu nhận Analog: tỷ lệ tín hiệu/tạp nhiễu Digital: Xác suất bit lỗi Để truyền dòng bits (0’s or 1’s) ta cần ánh xạ chúng sang sóng điện từ => kỹ thuật điều chế The Physic Layer Truyền số liệu (2) Tín hiệu truyền bị suy giảm bóp méo sai lệch tạp âm Sự suy giảm bóp méo tín hiệu phụ thuộc: Loại phương tiện truyền Tốc độ bit Khoảng cách Phương tiện truyền xác định Tốc độ liệu Dải thông kênh truyền The Physic Layer Truyền số liệu (3) Phương tiện truyền: Hữu tuyến: cáp đôi dây xoắn, cáp đồng trục, cáp quang Vơ tuyến: radio, vệ tinh, tia hồng ngoại, sóng cực ngắn (viba) Liên kết trực tiếp: điểm – điểm Hai thiết bị chia sẻ phương tiện truyền (các chuyển tiếp, khuếch đại trung gian) Liên kết gián tiếp: nhiều điểm quảng bá Nhiều hai thiết bị chia sẻ phương tiện truyền Các phương thức truyền: đơn công, bán song công, song công Các khái niệm cần lưu ý: tần số, phổ, dải thông The Physic Layer Dải tần sở Dải tần rộng Dải tần sở: Tín hiệu số truyền trực tiếp qua phương tiện truyền Dải tần rộng: Tín hiệu số khơng đưa trực tiếp lên phương tiện truyền Tín hiệu tương tự hay sóng mang điều biến từ tín hiệu số truyền qua phương tiện truyền The Physic Layer Một mơ hình truyền thơng đơn giản The Physic Layer 10 Truy cập mạng phương tiện truyền Các hệ thống đầu cuối kết nối đến router biên nào? Các mạng truy cập nhà riêng Các mạng truy cập công ty, trường, viện… Các mạng truy cập di động Cần lưu ý: dải thông mạng truy cập bao nhiêu? mạng truy cập chia sẻ hay dành riêng? The Physic Layer 18 Truy cập nhà: truy cập điểm – điểm Qua modem quay số tốc độ truy cập đến router nhà cung cấp đạt đến 56Kbps (thường thấp hơn) “luôn trực tuyến” Qua đường thuê bao số bất đối xứng (ADSL): Tốc độ upstream lên đến Mbps (hiện thường < 256 kbps) Tốc độ downstream lên đến Mbps (hiện thường < Mbps) FDM: 50 kHz - MHz cho downstream kHz - 50 kHz cho upstream kHz - kHz cho điện thoại truyền thống The Physic Layer 19 Truy cập nhà qua cable modems Hệ thống cáp “lai” đồng trục quang (HFC: hybrid fiber coax) không đối xứng: downstream đạt đến 10Mbps, upstream đạt đến 1Mbps mạng lưới cáp đồng trục cáp quang “gắn” hộ gia đình đến router ISP chia sẻ truy cập đến router gia đình vấn đề: tắc nghẽn, “kích cỡ” triển khai: qua công ty “chạy” cáp, vd: MediaOne (USA), STCV (Vietnam)… The Physic Layer 20 Minh họa hệ thống cung cấp dịch vụ cable modem Diagram: http://www.cabledatacomnews.com/cmic/diagram.html The Physic Layer 21 Kiến trúc mạng cable modem tổng quát Typically 500 to 5,000 homes cable headend cable distribution network (simplified) home The Physic Layer 22 Kiến trúc mạng cable modem tổng quát cable headend cable distribution network (simplified) home The Physic Layer 23 Kiến trúc mạng cable modem tổng quát server(s) cable headend cable distribution network home The Physic Layer 24 Kiến trúc mạng cable modem tổng quát FDM: V I D E O V I D E O V I D E O V I D E O V I D E O V I D E O D A T A D A T A C O N T R O L Channels cable headend cable distribution network home The Physic Layer 25 Truy cập quan: mạng cục mạng cục (LAN) kết nối hệ thống đầu cuối đến router biên Ethernet công nghệ phổ biến cho LANs: Liên kết chia sẻ dành riêng kết nối hệ thống đầu cuối routers 10 Mbs, 100Mbps, Gigabit Ethernet triển khai: quan, trường, viện; mạng cục gia đình dần trở nên phổ biến The Physic Layer 26 Mạng truy cập không dây Mạng truy cập không dây chia sẻ kết nối hệ thống đầu cuối đến router wireless LANs: Thông qua điểm truy cập dịch vụ không dây 802.11b (WiFi): 11 Mbps router base station Truy cập không dây diện rộng Được cung cấp nhà điều hành viễn thông 3G ~ 384 kbps WAP/GPRS châu Âu mobile hosts The Physic Layer 27 Mạng gia đình Các thành phần mạng gia đình: o ADSL cable modem để kết nối đến ISP o Thiết bị định tuyến/tường lửa/NAT o Các thiết bị nối kết theo chuẩn Ethernet o Điểm truy cập dịch vụ không dây (wireless access point) to/from cable headend cable modem router/ firewall Ethernet (switched) wireless laptops wireless access point The Physic Layer 28 Độ trễ mát xuất nào? Các gói tin xếp hàng vùng đệm router tốc độ gói tin đến từ liên kết vào vượt khả liên kết gói tin phải xếp hàng, đợi đến phiên truyền gói tin truyền (delay) A B gói xếp hàng (delay) vùng đệm cịn trống: gói tin đến bị bỏ vùng đệm khơng cịn chỗ trống (loss) The Physic Layer 29 Bốn nguồn gây độ trễ xử lý nút (nodal processing) : xếp hàng (queueing) kiểm tra lỗi bit xác định liên kết đầu thời gian chờ đợi để truyền liên kết đầu tùy thuộc vào mức độ tắc nghẽn router transmission A propagation B nodal processing queueing The Physic Layer 30 Độ trễ mạng chuyển mạch gói Độ trễ chuyển giao (transmission delay): R=dải thông liên kết (bps) L=độ dài gói tin (bits) Thời gian để chuyển bits xuống link = L/R Độ trễ truyền tải (propagation delay): d = độ dài liên kết vật lý s = tốc độ truyền tải phương tiện truyền (~2x108 m/sec) độ trễ truyền tải = d/s Chú ý: s R hai đại lượng hoàn toàn khác nhau! transmission A propagation B nodal processing queueing The Physic Layer 31 Sự gói tin Dung lượng vùng đệm hàng đợi giới hạn Khi gói tin đến hàng đợi đầy, chúng bị bỏ (dropped) Các gói bị truyền lại bời nút liền trước, nguồn gửi, khơng truyền lại The Physic Layer 32 ... Ngưỡng giới hạn 30 00 Hz Tỷ lệ Signal-to-noise xấp xỉ 1000 Khả truyền tối đa: 30 00*log2(1+1000)= ~30 000 bps Kết luận: modems quay số khó vượt tốc độ 28.8 Kbps The Physic Layer 13 Phương tiện truyền... kênh truyền lên đến 45 Mbps Mạng không dây cục (vd: WirelessLAN) 2Mbps, 11Mbps Mạng không dây diện rộng (vd: mạng di động) Vd: mạng di động dùng cơng nghệ 3G đạt tốc độ vài trăm Kbps ... nhỏ) Độ trễ cuối - cuối khoảng 270 msec The Physic Layer 17 Truy cập mạng phương tiện truyền Các hệ thống đầu cuối kết nối đến router biên nào? Các mạng truy cập nhà riêng Các mạng truy cập công