C. LƯỢNG: Kộm Tố tH nch ạế Tốt
Chương 3: Cỏc thành phần hệ thống mạng
Chương này giới thiệu cỏc thành phần c bản trong mộ ệ ốơ t h th ng m ng truy n thụng ạ ề cụng nghiệp như phương tiện truyền dẫn, ph n c ng và phần mềm giao diện mạng, thiết ầ ứ bị liờn kết mạng và cỏc linh kiện mạng khỏc.
3.1 Phương tiện truyền dẫn
Mụi trường truyền d n hay phương tiệẫ n truyền d n nh hưởng lớ ớẫ ả n t i chất lượng tớn hiệu, tới độ ền vững của tớn hiệu với nhiễu bờn ngoài và tớnh tương thớch đ ệ ừ của hệ b i n t thống truyền thụng. Tốc độ truyền và khoảng cỏch truyền d n tố đa cho phộp cũẫ i ng ph ụ thuộc vào sự lựa ch n phương ti n truy n d n. Ngoài cỏc đặc tớnh k thu t, cỏc phương ọ ệ ề ẫ ỹ ậ tiện truyền d n cũn khỏc nhau ở mứ độ ệ ợ ử ụẫ c ti n l i s d ng (l p t, u dõy) và giỏ thành. ắ đặ đấ Bờn cạnh chuẩn truyền d n, m i h thẫ ỗ ệ ống bus đều cú qui nh chđị ặt chẽ ề v chủng loại và cỏc chỉ tiờu chất lượng của mụi trường truyền dẫn được phộp sử dụng. Tuy nhiờn, trong khi qui định về chuẩn truyền dẫn thuộc lớp v t lý thỡ mụi trườậ ng truyền dẫn l i nằm ạ ngoài phạm vi đề ậ c p c a mụ hỡnh qui chiếu OSI. ủ
Nếu khụng xột tới cỏc đặc đ ểm riờng biệt của từng hệi thống mạng cụ thể (vớ dụ phương phỏp truy nhập bus), tốc độ truyền tối đa của một kờnh truyền dẫn phụ thuộc vào (độ rộng) b ng thụng c a kờnh truy n. Đối v i mụi trường khụng cú nhi u, theo ă ủ ề ớ ễ thuyết Nyquist thỡ:
Tốc độ bit tối đa (bits/s) = 2H log2 , X
trong đú H là b ng thụng của kờnh truyền và X là số mứă c tr ng thỏi tớn hi u được s ạ ệ ử dụng trong mó húa bit. Đối với cỏc hệ thống mạng truyền thụng cụng nghiệp s dử ụng tớn hiệu nhị phõn, ta cú X = 2 và tốc độ bit (tớnh bằng bit/s) sẽ khụng bao giờ vượt quỏ hai l n rầ độ ộng băng thụng.
Bờn cạnh s h n chế ởự ạ b i băng thụng của kờnh truyền d n, t c truyề ố đẫ ố độ n t i a thực tế cũn bị ả đ gi m ỏng kể bởi tỏc ng c a nhi u. Shannon ó ch ra r ng, t c độ ủ ễ đ ỉ ằ ố độ truy n bit ề tối đa của một kờnh truyền dẫn cú băng thụng H (Hz) và tỉ lệ tớn hiệu-nhiễu S/N (signal- to-noise ratio) được tớnh theo cụng thức:
Tốc độ bit tối đa (bits/s) = H log2 (1+S/N)
Từ cỏc phõn tớch trờn đõy, ta cú thể thấy rằng độ rộng băng thụng và khả năng khỏng nhiễu là hai yếu tố quyết định tới chất lượng của đường truyền. Bờn cạnh đú, khoảng cỏch truyề ố đn t i a phụ thuộc vào độ suy giảm của tớn hiệu trờn đường truyền.
Trong kỹ thuật truyền thụng núi chung cũng nh truyền thụng cụng nghiệp núi riờng, ư người ta sử dụng cỏc phương tiện truyền dẫn sau:
• Cỏp quang: Cỏp sợi th y tinh ( a ch , n ch ), s i ch t d o ủ đ ế độ đơ ế độ ợ ấ ẻ
• Vụ tuyến: Súng truy n thanh (radio AM, FM), súng truy n hỡnh (TV), vi súng ề ề (microwave), tia hồng ngoại (UV).
Dải tần của một số phương tiện truyền dẫn tiờu biể được mụ tả trờn Hỡnh 3.1. u
Hỡnh 3.1: Dải tần của cỏc phương tiện truyền dẫn tiờu biểu
Loại cỏp đ ệi n ph biến nhất trong cỏc hệ bus trường là đụi dõy xoắn. Đối với cỏc ứng ổ dụng cú yờu cầu cao về tố độc truy n và bềề độ n v i nhi u thỡ cỏp ng tr c là s lựa ớ ễ đồ ụ ự chọ ốn t t hơn. Cỏp quang cũng được sử dụng r ng rói trong cỏc ứộ ng d ng cú phạm vi địa ụ lý rộng, mụi trường xung quanh nhiễu mạnh ho c d xõm th c, ho c cú yờu c u cao v ặ ễ ự ặ ầ ề độ tin c y c ng nh t c truy n d li u. ậ ũ ư ố độ ề ữ ệ
3.1.1 Đụi dõy xoắn
Đụi dõy xo n (Twisted Pair) là m t phỏt minh của A. Grahm Bell vào năm 1881 và ắ ộ t ừ đú trở thành phương tiện kinh đ ển trong cụng nghiệ đ ện thoại. Một i p i đụi dõy xoắn bao gồm hai sợi dõy đồng được quấn cỏch ly ụm vào nhau. Tỏc dụng thứ nh t của việc ấ quấn dõy là trường iđ ện từ của hai dõy s trung hũa l n nhau, nh Hỡnh 3.2 minh h a, vỡ ẽ ẫ ư ọ thế nhiễu x ra mụi trường xung quanh cũạ ng nh tạư p nhi u do xuyờn õm s được giảm ễ ẽ thiểu. Hiện tượng nhi u xuyờn õm (crosstalk) xuất hiện do sự giao thoa trường iễ đ ện từ của chớnh hai dõy dẫn. Khỏi niệm xuyờn õm cú nguồn gốc ở kỹ thu t i n tho i, ch sự ậ đ ệ ạ ỉ chồng chộo làm mộo tiếng núi do tỏc động qua lại giữa hai dõy dẫn. N u kớch thước, ế độ xoắn của đụi dõy được thiết kế, tớnh toỏn phự hợp, trường iđ ện từ do chỳng gõy ra sẽ tự triệt tiờu lẫn nhau và hầu nh khụng làm ảư nh hưởng t i chất lượng tớn hiệu. ớ
Hỡnh 3.2: Đụi dõy xoắn và tỏc dụng trung hũa trường đ ện từi
f(Hz) 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016
Dải tần LF MF HF VHF UHF SHF EHF THF
Đụi dõy xo n ắ Vệ tinh Sợi quang
Cỏp đồng trục
AM radio FM radio
TV
Vi súng
Trong cỏc hệ thống truy n thụng cụng nghiề ệ đp, ụi dõy xoắn thường được sử dụng i đ kốm với chuẩn RS-485. Che chắn đường truyề đốn i với RS-485 khụng phải bao giờ cũng bắt buộc, tựy theo đũi hỏi về chất lượng đường truyền và tớnh tương thớch đ ện từi trong từng l nh v c ng d ng khỏc nhau. Cỏc lớp bọc lút, che chắĩ ự ứ ụ n s giảm tỏc độẽ ng c a ủ nhiễu bờn ngoài đến tớn hiệu truyền dẫn, đồng thời hạn chế nhiễu xạ từ chớnh đường truyền ra mụi trường xung quanh. Một cỏp dẫn thường bao gồm nhi u ụi dõy xoắn, ề đ trường hợp phổ ến là hai bi đụi dõy. Cũng cú chuẩn LAN như IEEE 802.12 qui định sử dụng bố đụi dõy. Tựy theo cỏch che chắn mà người ta phõn biệt hai loại cỏp dẫn: n
Shielded Twisted Pair (STP) và Unshielded Twisted Pair (UTP). Sự khỏc nhau giữa STP và UTP ở chỗ, ngoài vỏ bọc chung bờn ngoài c a c cỏp thỡ STP cũn cú thờm m t ủ ả ộ lớp che chắn riờng cho từng đụi dõy, như thấy trờn Hỡnh 3.3.
Đ ệi n tr c tớnh c a STP và UTP thường là 120Ω. Đặc i m c a STP là kh năng ở đặ ủ đ ể ủ ả chống tỏc động nhi u tễ ừ bờn ngoài cao hơn nhiều so với UTP, trong khi bản thõn STP cũng tỏa ớt nhiễu hơn ra mụi trường xung quanh. Nhỡn chung, đối với cỏc hệ thống bus trường với chuẩn truyền dẫn RS-485 thỡ STP được sử dụng ph bi n nh t. C ng chớnh ổ ế ấ ũ vỡ khả năng khỏng nhi u t t mà STP cho phộp truy n v i t c tương đối cao ễ ố ề ớ ố độ (1..10Mbit/s).