2.3.2
Trong phƣơng pháp này, thơng tin trao đổi giữa hai máy tính (end systems) đƣợc phân thành những gĩi tin (packet) cĩ kích thƣớc tối đa xác định. Gĩi tin của những ngƣời dùng khác nhau (ví dụ của A và B) sẽ chia sẻ nhau băng thơng của kênh tr
huật lƣu và chuyển tiếp (store and forward), tức lƣu lại các gĩi tin chƣa gửi
gửi chúng đi.
2.4. Mơi trƣờng truyền tin
Trong hệ thống truyền dữ liệu, mơi trƣờng truyền dẫn là đƣờng truyền vật lý giữa nơi gửi và nơi nhận. Phƣơng tiện truyền thơng đƣợc phân làm hai loại là cĩ dẫn và khơng dẫn. Trong cả loại trên, truyền thơng thực chất là truyền sĩng điện từ. Với phƣơng tiện truyền cĩ dẫn, sĩng điện từ đƣợc truyền dọc theo một phƣơng tiện truyền dẫn nhƣ cáp xoắn đơi, cáp đồng trục hay cáp quang. Khí quyển và khơng gian xung quanh ta đƣợc xem nhƣ là ví dụ về phƣơng tiện truyền khơng dẫn, điều đĩ cĩ nghĩa là các tín hiệu điện từ đƣợc truyền đi nhƣng khơng theo một hƣớng nhất định và nĩ thƣờng đƣợc gọi là mạng khơng dây.
Các đặc trƣng và chất lƣợng của việc truyền dữ liệu đƣợc xác định bằng cả chất lƣợng của phƣơng tiện truyền dẫn và của tín hiệu truyền dẫn. Đối với mơi trƣờng truyền cĩ dẫn, phƣơng tiện truyền dẫn là thành phần quan trọng xác định giới hạn truyền dẫn.
Với phƣơng tiện truyền khơng dẫn, băng thơng của tín hiệu dƣợc cung cấp bởi ăng ten quan trọng hơn mơi trƣờng truyền dẫn. Đặc tính của tín hiệu đƣợc truyền bởi ăng ten là định hƣớng hoặc đa hƣớng. Thơng thƣờng thì các tín hiệu cĩ tấn số thấp thƣờng là đa hƣớng, điều đĩ cĩ nghĩa là các tín hiệu đƣợc phát theo mọi hƣớng từ ăng ten. Với các tín hiệu cĩ tần số cao, các tín hiệu đƣợc tập trung truyền theo một đƣờng thẳng.
Trong khi thiết kế một hệ thống truyền dữ liệu thì vấn đề cần đƣợc quan tâm là tốc độ truyền dữ liệu và khoảng cách truyền dữ liệu
- 25 -
2.4.1 Một số khái niệm
Băng thơng: Nếu băng thơng càng lớn thì tốc độ truyền dữ liệu từ cùng một nguồn càng cao.
Các hƣ hại truyền dẫn: Các hƣ hại nhƣ là sự suy giảm, giới hạn khoảng cách, với mơi trƣờng truyền cĩ dây, thơng thƣờng thì cáp xoắn đơi cĩ sự hƣ hại về tín hiệu lớn hơn cáp đồng trục, và cáp đồng trục lại bị hƣ hại tín hiệu nhiều hơn cáp quang.
Nhiễu giao thoa: Sự xung đột của các tín hiệu trong cùng một dải tần cĩ thể lam sai lệch hoặc làm mất các tín hiệu. Nhiễu giao thoa là đặc trƣng riêng của các phƣơng tiện truyền khơng dây, tuy nhiên nĩ cũng là một vấn đề đối với phƣơng tiện truyền cĩ dây. Với phƣơng tiện truyền cĩ dây, nhiễu giao thoa cĩ thể gây ra bởi các cáp gần nhau.Ví dụ cáp xoắn đơi thƣờng bĩ lại với nhau, và một ống dẫn thƣờng chứa nhiều cáp do đĩ sẽ dẫn đến nhiễu. Nhiễu giao thoa cũng cĩ xuất hiện trong truyền khơng dẫn. Nếu đƣợc bọc tốt thì phƣơng tiện truyền cĩ dẫn cĩ thể giảm tối đa vấn đề này.
Số thiết các bị nhận: Một phƣơng tiện truyền dẫn cĩ thể đƣợc sử dụng để tạo ra kết nối điểm-điểm hoặc đƣợc dùng để chia sẻ đƣờng truyền với các thiết bị khác. Trong trƣờng hợp phải chia sẻ đƣờng truyền với các thiết bị khác, các thiết bị đƣợc chia sẻ sẽ gây ra nhiễu cũng nhƣ sự sai lệch các tín hiệu trên đƣờng truyền, vì thế sẽ dẫn tới sự giới hạn khoảng cách cũng nhƣ tốc độ truyền dữ liệu.
2.4.2 Phương tiện truyền cĩ dẫn
Với phƣơng tiện truyền cĩ dẫn, khả năng truyền cĩ thể hiểu theo nghĩa tốc độ dữ liệu hoặc băng thơng, phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách và mơi trƣờng truyền thơng trong đĩ kiểu kết nối là điểm - điểm hay đa điểm, nhƣ ở trong mạng LAN. Bảng 2.1 dƣới đây cho ta biết các đặc điểm chung của phƣơng tiện truyền cĩ dẫn thơng dụng với ứng dụng truyền điểm - điểm đƣờng dài.
Các phƣơng tiện truyền cĩ dẫn thƣờng đƣợc sử dụng là cáp xoắn đơi, cáp đồng trục và cáp quang.
- 26 - 2.4.2.1. Cáp xoắn đơi
Phƣơng tiện truyền cĩ dẫn rẻ nhất và đƣợc sử dụng nhiều nhất là cáp xoắn đơi
Mơ tả vật lý:
Một cặp cáp xoắn đơi bao gồm hai dây bọc đồng cách điện đƣợc sắp xếp theo một quy tắc chuẩn. Mỗi cặp dây hoạt động nhƣ là một kết nối truyền thơng đơn. Một số cặp này đƣợc bĩ lại với nhau thành một cáp đƣợc bọc trong một vỏ bảo vệ. Mơt dây cáp cĩ thể chứa hàng trăm đơi dây dẫn. Việc xoắn các dây lại làm giảm nhiễu xuyên âm, nhiễu giao thoa giữa các cặp gần nhau trong dây cáp. Những cặp dây gần nhau ở trong cùng một bĩ cĩ độ dài khác nhau gĩp phần làm giảm nhiễu xuyên âm, nhiễu giao thoa. Trên một kết nối đƣờng dài, độ dài của các cặp dây thƣờng khác nhau khoảng từ 5 tới 15 cm.Các dây trong một cặp cĩ đƣờng kính từ 0,4 đến 0,9 mm.
Ứng dụng:
Cáp xoắn đơi đƣơc dùng phổ biến trong truyền dẫn cả tín hiệu số và tín hiệu tƣơng tự. Nĩ thƣờng đƣợc sử dụng trong mạng điện thoại và là phƣơng tiện truyền dẫn trong việc truyền thơng của nội bộ một tồ nhà.
Trong mạng điện thoại, tập hợp các điện thoại của những gia đình riêng lẻ sẽ đƣợc kết nối tới một tổng đài cục bộ bởi dây cáp xoắn đơi và đƣợc gọi là đƣờng thuê bao. Trong một tịa nhà, mỗi điện thoại sẽ đƣợc kết nối bằng cáp xoắn đơi chạy tới tổng đài con trong phịng hoặc tới tổng đài chính của tịa nhà. Cáp xoắn đơi đƣợc thiết kế để hỗ trợ truyền tiếng nĩi sử dụng tín hiệu tƣơng tự. Tuy nhiên, với sự hỗ trợ của modem, cáp xoắn đơi cĩ thể điều khiến truyền dữ liệu số với tốc độ vừa phải.
Cáp xoắn đơi cũng là phƣơng tiện thơng dụng nhất trong việc truyền tín hiệu số. Tốc độ truyền dữ liệu số của mạng cục bộ trong một tồ nhà thƣờng vào khoảng 64kbps. Chúng chỉ đƣợc sử dụng rộng rãi trong một tồ nhà cho mạng cục bộ để kết nối các máy tính cá nhân. Tốc độ truyền dữ liệu của mạng này thƣờng là khoảng 10Mbps.Tuy nhiên, một số mạng sử dụng cáp xoắn đơi với tốc độ truyền từ 100Mbps tới 1Gbps cũng đã đƣợc thiết kế, mặc dù chúng bị hạn chế về số lƣợng các thiết bị và phạm vi của mạng. Với các mạng xa nhau thì tốc độ truyền dữ liệu trên cáp xoắn đơi khoảng 4Mbps.
- 27 -
Cáp xoắn đơi rẻ hơn nhiều so với các thiết bị truyền dẫn khác nhƣ cáp đồng trục, cáp quang và chúng dễ sử dụng hơn. Tuy nhiên chúng lại bị hạn chế hơn về tốc độ truyền dữ liệu cũng nhƣ khoảng cách của mạng.
Các đặc điểm truyền dẫn:
Cáp xoắn đơi cĩ thể truyền cả tín hiệu số và tín hiệu tƣơng tự. Với tín hiệu tƣơng tự, bộ khuyếch đại tín hiệu truyền đƣợc lắp đặt cách nhau khoảng từ 5 đến 6 km. Với dữ liệu số (bằng cả tín hiệu số và tín hiệu tƣơng tự), các bộ lặp đƣợc đặt cách nhau 2-3 km.
So với các loại phƣơng tiện truyền dẫn khác(cáp đồng trục, cáp quang), cáp xoắn đơi bị giới hạn bởi tốc độ truyền dữ liệu, băng thơng và khoảng cách. Hình 4.3 cho thấy, sự suy giảm tín hiệu của cáp xoắn đơi là một hàm tăng nhanh theo tần số. Cáp xoắn đơi cũng bị ảnh hƣởng mạnh bởi các hƣ hại khác. Phƣơng tiện này dễ bi nhiễu giao thoa và nhiễu tạp bởi vì nĩ dễ xảy ra hiện tƣợng giao thoa giữa các trƣờng điện từ . Ví dụ, một dây dẫn chạy song song với một dịng điện xoay chiều sẽ tăng thêm 60Hz năng lƣợng. Nhiễu xung cũng dễ ảnh hƣởng đến cáp xoắn đơi.
Các dây đƣợc bọc sẽ làm giảm sự giao thoa. Các dây đƣợc xoắn vào nhau làm giảm giao thoa của sĩng cĩ tần số thấp và việc sử dụng các dây cĩ độ dài khác nhau của các cặp liền kề làm giảm nhiễu xuyên âm.
Với tín hiệu tƣơng tự trong kết nối điểm điểm, một băng thơng cĩ thể lên tới 1 MHz, nĩ hỗ trợ một số kênh. Đối với việc truyền tín hiệu số điểm điểm đƣờng dài, dữ liệu cĩ thể truyền với tốc độ lên tới vài Mbps, với khoảng cách ngắn, tốc độ truyền dữ liệu cĩ thể lên tới 100 Mbps thậm chí lên tới 1 Gbps.
Cáp xoắn đơi cĩ vỏ và khơng vỏ bọc
Cáp xoắn đơi cĩ 2 loại: cĩ vỏ bọc và khơng cĩ vỏ bọc. Cáp xoắn đơi khơng vỏ bọc (UTP) đầu tiên đƣợc sử dụng làm dây điện thoại.
Đây là phƣơng tiện truyền dẫn rẻ tiền nhất thƣờng đƣợc sử dụng trong các mạng LAN. Nĩ rất dễ lắp đặt và sử dụng.
Cáp xoắn đơi khơng vỏ bọc chủ yếu bị ảnh hƣởng bởi nhiễu giao thoa sĩng điện từ, bao gồm giao thoa từ các cáp xoắn đơi gần nhau và từ nhiễu của mơi trƣờng bên ngồi. Một cách để cải thiện các đăc trƣng của cáp xoắn đơi là ta bọc sợi cáp bằng các vỏ bọc lƣới kim loại nhằm làm giảm sự giao thoa. Cáp xoắn đơi cĩ vỏ bọc cho phép truyền dữ liệu với hiệu suất tốt hơn ở tốc độ cao hơn. Tuy nhiện, nĩ lại đắt hơn và khĩ lắp đặt hơn so với cáp khơng bọc.
Cáp UTP loại 3 và loại 5
Hầu hết các văn phịng đều đƣợc lắp đặt sẵn loại cáp xoắn đơi 100 ohm thƣờng đƣợc gọi là cáp điện thoại. Vì cáp xoắn đơi điện thoại thƣờng đƣợc lắp đặt sẵn, nĩ cũng thƣờng đƣợc sử dụng cho các ứng dụng LAN. Tuy nhiên tốc độ dữ liệu và khoảng cách giữa các thiết bị của cáp xoắn đơi điện thoại là khá giới hạn.
- 28 -
Chuẩn EIA-568-A phân biệt ba loại cáp UTP:
Loại 3: Cáp UTP kết hợp với các phần cứng kết nối cĩ các đặc tính truyền dẫn lên đến 16 MHz.
Loại 4: Cáp UTP kết hợp với các phần cứng kết nối cĩ các đặc tính truyền dẫn lên đến 20 MHz.
Loại 5: Cáp UTP kết hợp với các phần cứng kết nối cĩ các đặc tính truyền dẫn lên đến 100 MHz.
Cáp loại 3 và cáp loại 5 đƣợc sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng LAN. Loại 3 sử dụng chủ yếu cho các đƣờng điện thoại trong các văn phịng. Loại 5 thƣờng đƣợc sử dụng để truyền dữ liệu và đang trở nên thơng dụng và đƣợc cài đặt sẵn trong các cao ốc. Điểm khác nhau chính giữa cáp loại 3 và loại 5 là số vịng xoắn trên mỗi đơn vị khoảng cách. Loại 5 xoắn chặt hơn với bƣớc xoắn thơng thƣờng khoảng 0.6 đén 0.85 cm trong khi loại 3 là 7.5 đến 10 cm. Loại 5 xoắn chặt hơn nên đắt hơn và cung cấp hiệu suất cao hơn loại 3.
Tham số đầu tiên đƣợc sử dụng để so sánh sự suy giảm. Cƣờng độ của tín hiệu suy giảm theo khoảng cách trên mọi phƣơng tiện truyền dẫn. Trên các phƣơng tiện cĩ dẫn, sự suy giảm thƣờng theo hàm logarit và thƣờng đƣợc diễn tả nhƣ một hàng số theo decibel trên mỗi đơn vị khoảng cách.
Nhiễu xuyên âm ở gần các thiết bị đầu cuối trong các hệ thống cáp xoắn đơi là sự kết hợp các tín hiệu từ một cặp dây sang một cặp khác tại các chốt kim loại. Sự kết hợp diễn ra khi tín hiệu truyền xâm nhập vào chốt nối của đƣờng thu tín hiệu nhận tại cùng một đầu của đƣờng truyền. (ví dụ tín hiệu đƣợc truyền bị thu bởi một căp dây nhận ở gần đĩ).
Cáp xoắn đơi cĩ vỏ bọc chống nhiễu
Cáp xoắn đơi khơng cĩ vỏ bọc chống nhiễu
Cáp xoắn đơi UTP và STP sử dụng đầu nối RJ-11. RJ 45 2.4.2.2 Cáp đồng trục
Mơ tả vật lý:
Cáp đồng trục, giống nhƣ cáp xoắn đơi bao gồm hai đƣờng dẫn điện, nhƣng nĩ cĩ cấu trúc khác cho phép nĩ hoạt động trong miền tần số rộng hơn. Nĩ bao gồm vịng rỗng hình trụ dẫn điện bên ngồi bọc lấy một dây kim loại dẫn điện đơn bên trong. Dây kim loại bên trong đƣợc giữ bởi một loạt các vịng cách điện xếp cách đều nhau hoặc đƣợc bọc bởi một chất điện mơi. Vịng dẫn điện bên ngồi đƣợc bọc bởi một vỏ bọc. cáp đồng trục đơn cĩ đƣờng kính
- 29 -
vào khoảng 1 đến 2.5 cm. Do đƣợc bọc kín, cĩ cấu trúc đồng tâm, cáp đồng trục chịu nhiễu và xuyên âm tốt hơn cáp xoắn đơi.
Ứng dụng:
Cáp đồng trục cĩ lẽ là phƣơng tiện truyền thơng đa năng nhất và đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau. Các ứng dụng quan trọng nhất là:
Phân phối tín hiệu truyền hình
Truyền tín hiệu điện thoại đƣờng dài
Kết nối các hệ thống máy tính khoảng cách gần
Mạng nội bộ
Cáp đồng trục nhanh chĩng đƣợc sử dụng rộng rãi để phân phối tín hiệu truyền hình tới từng nhà – truyền hình cáp. Truyền hình cáp đã trở nên thơng dụng nhƣ điện thoại, số kênh lên đến hàng trăm và khoảng cách lên đến vài chục kilomet. Trƣớc đây, cáp đồng trục cĩ vị trí quan trọng trong các mạng điện thoại đƣờng dài. Ngày nay, nĩ đang phải đối mặt với sự cạnh tranh ngày càng tăng của cáp quang, sĩng viba mặt đất và vệ tinh. Bằng cách sử dụng việc phân chia nhiều thành phần tần số, cáp đồng trục cĩ thể mang tới 10000 kênh tiếng nĩi cùng một lúc.
Cáp đồng trục cũng đƣợc sử dụng nhiều trong các kết nối khoảng cách ngắn giữa các thiết bị. Bằng cách sử dụng tín hiệu số, cáp đồng trục cĩ thể đƣợc sử dụng để cung cấp các kênh vào ra tốc độ cao trên các hệ thống máy tính.
Các đặc tính truyền dẫn:
Cáp đồng trục đƣợc sử dụng để truyền cả tín hiệu tƣơng tự và tín hiệu số. Cáp đồng trục cĩ các đặc tính tần số cao hơn so với cáp xoắn đơi và vì vậy cĩ thể sử dụng hiệu quả với các tần số và tốc độ dữ liệu cao hơn. Do cĩ vỏ bọc và cấu trúc đồng tâm, cáp đồng trục ít chịu ảnh hƣởng bởi nhiễu và xuyên âm hơn cáp xoắn đơi. Yếu tố ảnh hƣởng chủ yếu đến hiệu suất là sự suy giảm, nhiễu nhiệt và nhiễu điều biến. Nhiễu điều biến chỉ xuất hiện khi cĩ một vài kênh hoặc dải tần số đƣợc dùng chung trên một đƣờng cáp.
Với các đƣờng truyền tín hiệu tƣơng tự khoảng cách dài, việc khuếch đại sau một vài km là rất cần thiết, tần số càng cao thì khoảng cách cần khuếch đại tín hiệu càng ngắn. Phổ cĩ thể sử dụng cho tín hiệu tƣơng tự cĩ thể mở rộng đến khoảng 500 MHz. Đối với tín hiệu số, cần sử dụng các bộ lặp sau 1km và nếu tốc độ dữ liệu cao hơn thì khoảng cách cần lặp lại cũng gần hơn.
- 30 - 2.4.2.3. Cáp quang
Mơ tả vật lý:
Cáp quang là một phƣơng tiện mềm dẻo, đƣờng kính nhỏ cĩ khả năng truyền tia sáng. Các chất liệu thủy tinh hoặc chất dẻo cĩ thể đƣợc sử dụng để làm nên cáp quang. Cáp quang đƣợc chế tạo bởi silic đyoxit nĩng chảy tinh khiết cĩ khả năng truyền tốt nhất nhƣng rất khĩ chế tạo. Cáp quang chế tạo bằng sợi thủy tinh nhiều thành phần khơng tốt bằng nhƣng kinh tế hơn và vẫn cho kết quả chấp nhận đƣợc. Sợi chất dẻo cĩ giá rẻ nhất và cĩ thể sử dụng cho các đƣờng truyền ngắn và chấp nhận mất mát cao.
Cáp sợi quang cĩ dạng hình trụ và bao gồm ba thành phần đồng tâm: lõi, lớp sơn phủ và vỏ bọc. Lõi là thành phần trong cùng và bao gồm một hoặc nhiều sợi rất mảnh làm bằng thủy tinh hoặc nhựa. Lõi cĩ đƣờng kính khoảng 8 đến 100 m. Mỗi sợi đƣợc bọc một loại vỏ đặc biệt làm bằng thủy tinh hoặc chất dẻo cĩ đặc tính quang học khác với lõi. Bề mặt giữa lõi và lớp vỏ bọc đặc biệt cĩ tác dụng tạo sự khúc xạ ánh sáng tồn phần trong lõi. Lớp ngồi cùng bọc lấy một hoặc một vài sợi cáp phủ sơn là vỏ bọc. Vỏ bọc đựoc làm bằng chất liệu nhựa tổng hợp và các chất liệu khác nhằm bảo vệ lõi chống lại hơi ẩm, sự ăn mịn, va đập và các nguy hại từ mơi trƣờng bên ngồi.
Ứng dụng:
Một trong các cơng nghệ cĩ ý nghĩa nhất trong truyền dữ liệu là sự phát triển của các