Bài giảng: Kỹ thuật truyền số liệu

Bài giảng: KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU Vo Thanh Tu Nội dung Khái niệm: Hệ thống truyền tin, rời rạc hoá một nguồn tin liên tục, Độ đo thông tin, Mã hóa, Điều chế Mã hiệu, phương pháp biểu diễn mã Kênh tin và giao tiếp truyền dữ liệu Kỹ thuật truyền dữ liệu, Mô hình hệ thống truyền dữ liệu, Mạng truyền số liệu Dồn kênh, phân kênh và chuyển mạch Chương 1: Những khái niệm chung1. HTTT Trong cuộc sống -> có nhu cầu tđtt (Communication): âm điệu, sóng điện từ, sóng ánh sáng… -> vật mang tin (carrier) chứa TT trong nó -> tín hiệu (signal). Truyền tin giữa các năng lượng khác nhau -> XD chuẩn -> đánh giá -> thiết lập mô hình, đb tốc độ, chính xác… HTTT: Dựa trên cs năng lượng mang tin: HT điện tín -> dùng điện 1 chiều HT TT vô tuyến -> dùng nlượng sóng điện từ HT TT quang -> báo hiệu, ttin hồng ngoại, lazer. HT TT dufng sóng âm, siêu âm. Dựa trên cs biểu diễn bên ngoài của TT: HT truyền số liệu HT truyền hình HT TT thoaji Để đảm bảo tính logic: HT TT rời rạc và liên tục Định nghĩa: Truyền tin (transmission) là dịch chuyển thông tin từ điểm này -> đ khác (IS -> ID). Môi trường truyền tin (transmission media)-> gọi là kênh tin (Channel). Sơ đồ khối: IS -> Channel -> ID. Kênh tin là môi trường lan truyền TT: Truyền tín hiệu theo dây, qua các tầng điện ly, lan truyền trong đất, nước… Môi trường lan truyền bao gồm: MT trong đó tác động nhiễu cộng là chủ yếu -> do nguồn công nghiệp vũ trụ MT trong đó tác động nhiễu nhân là chủ yếu -> tác động nhân và t/h. Cả hai Sv(t) -> Kênh -> Sr(t) , Nn(t): nhiễu nhân, Nc(t) : nhiễu cộng Sr(t) = Nn(t). Sv(t) + Nc(t) : lý tưởng Thực tế: Sr(t) = Nn(t). Sv(t). H(t)+ Nv(t) , H(t): đặc tính xung của kênh Chú ý: Hiệu suất TT là tốc độ truyền của ht Độ chính xác TT là khả năng chống nhiễu của HT. Nguồn tin nguyên thủy (NTNT) NTNT là tập hợp những tin nguyên thủy: Tiếng nói, âm nhạc, hình ảnh, các biến đổi khí tượng. NTNT là một hàm liên tục theo t/g f(t) Hình ảnh đen trắng h(x,y,t): x,y là tọa độ kg hình Những IS có thể được đưa trực tiếp hoặc bằng những phép biến đổi như rời rạc hóa theo t/g và theo mức rồi đưa vào kênh-> IS rời rạc (NTRR). Trước khi truyền -> mã hóa thông tin Mã hóa là phép biến đổi thống kê và chống nhiễu của IS. Các quá trình Để n/c định lượng NT cũng như HTTT, c/ta mô hình hóa toán học NT bằng 4 quá trình: - QT ngẫu nhiên liên tục: Nguồn tiếng nói, âm nhạc, hình ảnh trong httt thoại, truyền hình với FM, AM QT ngẫu nhiên rời rạc: là qt nn l/tục sau khi được lượng tử hóa. VD: 1 ngôn ngữ, t/h điện tín, các lệnh đkhiển. Dãy ngẫu nhiên liên tục: là nguồn lt đã được gián đoạn hóa theo t/g. VD: Hệ TT xung điều biên xung (PAM: Pulse Amplitude Modulation), điều pha xung (PPM), điều tần xung (PFM)… không bị lượng tử hóa. Dãy ngẫu nhiên rời rạc: Các httt xung có lượng tử hóa như FM, AM, điều biên xung lượng tử hóa, điều xung mã (PCM) VD: Sơ đồ truyền số liệu Ứng dụng dữ liệu Ứng dụng âm thanh, tiếng nói. Ứng dụng video Ứng dụng thời gian thực VD: Quá trình biến đổi tín hiệu Dữ liệu: biểu diễn số liệu, khái niệm, … dưới dạng thích hợp cho việc giao tiếp, xử lý, diễn giải Thông tin: ý nghĩa được gán cho dữ liệu Tập hợp các thiết bị được kết nối thông qua một môi trường truyền dẫn 2. Rời rạc hóa một nguồn tin liên tục (NTLT) Phép biến đổi NTLT –> RR gồm 2 bước: b1: Khâu rr hóa theo tg gọi là khâu lấy mẫu b2: Khâu lượng tử hóa theo mức + Lấy mẫu: là một hàm tin là tính mẫu tại thời điểm nhất định. Định lý: Một hàm s(t) có phổ hữu hạn, không có thành phần tần số lớn hơn ωmax có thể được thay thế bằng các mẫu của nó lấy tại những điểm cách nhau 1 khoảng Δt ≤  /ωmax + Lượng tử hóa: Hàm S(t) thể hiện NT lt, bđổi lt trong phạm vi (Smin, Smax), ta phân chia phạm vi đó thành một số mức nhất định, đánh số các mức từ Smin S0 S1 S2…, Smax. Việc biến dạng hóa sự biến đổi biên độ của S(t) là cho biên độ lấy mức Si nhất định khi nó tăng hoặc giảm gần đến mức đó. Như vậy S(t) sẽ trở thành hàm biến đổi theo bậc thang gọi là hàm lượng tử hóa S’(t) Một NTLT sau khi lấy mẫu và lượng tử hóa -> NTRR 3. Độ đo thông tin (Metric) Độ đo của một đại lượng là cách ta xác định độ lớn của đại lượng đó. Mỗi M phải thỏa mãn 3 tính chất sau: - M phải cho phép ta xđ được độ lớn của đlượng - M phải không âm M phải tuyến tính, tức là gtrij tự đo được của đlượng tổng cộng phải bằng tổng g trị của các đl riêng phần. M là hàm tỷ lệ nghịch với xsxh của tin f(1/p(xi)) cho tin xi có xsxh p(xi) (khi p=1 -> một tin không cho ta lượng tin) Khi 2 tin đồng thời xh: f(1/p(xi,xj)) = f(1/p(xi)) +f(1/p(xj)) Vì 2 tin là độc lập thống kê nên: p(xi,xj) = p(xi).p(xj) F là một làm log. Vậy lượng đo TT của 1 tin xi là: I(xi) = logb(1/ p(xi)) (Hiện nay thường dùng các độ đo b=2, b=e, b= 10) 4. Mã hóa: Mã hóa là phép biến đổi cấu trúc thống kê của nguồn. Phép bđổi ấy tương đương trên quan điểm TT và nhằm cải tiến các chỉ tiêu kỷ thuật của httt. VD: Cho nguồn tin A có 4 tin đẳng xác suất với sơ đồ thống kê: A= a1 a2 a3 a4 ¼ ¼ ¼ ¼ Lượng tin I(ai) = 1. (log21/4) = 2 bit Bằng một phép mã hóa như sau: a1-> b1b1 , a2-> b1b2 , a3-> b2b1 , a4-> b2b2 Chúng ta biến đổi thành 1 nguồn tin mới gồm có 2 ký hiệu đẳng xác suất: B = b1 b2 ½ ½ Lượng tin chứa trong 1 tin của B cũng bằng lượng tin chứa trong tin tương ứng của A. VD: tin b1b2 a1 trong A: I(b1,b1)=2.log2(2)=2(bit) 5. Điều chế và giải điều chế Trong hhttlt, các tin hình thành từ NTLT được bđổi thành đại lượng điện (áp, dòng) và chuyển vào kênh. VD: Điện thoại -> khi truyền qua k/c lớn -> điều chế(I, F, P) -> tức là chuyển TT thành một dạng năng lượng thích hợp với môi trường. Đối với htttrr, qui luật mã hiệu điều khiển 1 hoặc nhiều thông số của năng lượng được dùng để mang tin. VD: Điện báo -> qui luật mã hiệu điều khiển biên độ dòng 1 chiều. Các pp đchế cao tần cũng giống như trường hợp ttlt, nhưng làm việc gián đoạn theo tg gọi là khóa lịch. VD: PP khóa lịch biên độ (ASK: Amplitude Shift Key), PSK, FSK. Giải điều chế là phép biến đổi ngược lại của phép đchế, điều khác là t/h đầu vào của t/ bị giải điều chế không phải chỉ là t/ h đầu ra của tbđchế, mà là một hỗn hợp thđchế và tạp nhiễu . Nhiệm vụ của các tb giải đchế là từ trong hỗn hợp đó lọc ra được TT dượi dạng 1 hàm điện áp liên tục hoặc một dãy xung điện rời rạc giống như TT ở đầu vào tbđc với sai số trong phạm vi cho phép. VD: Tách sóng biên độ, tách sóng pha, tách sóng đồng bộ, lọc tin liên kết, lọc tối ưu… 6. Quá trình truyền từ nguồn đến đích Mã hóa, Điều chế và giải điều chế, truyền, nhận. VD1 : Quá trình truyền Liên quan đến các vấn đề truyền dữ liệu số dạng thô Truyền dẫn dữ liệu (data transmission) Mã hóa dữ liệu (data encoding) Kỹ thuật trao đổi dữ liệu số (digital data communication) Điều khiển liên kết dữ liệu (data link control) Phân hợp (multiplexing) Liên kết (link) hoặc mạch (circuit) Kênh (channel) VD2: Mạng truyền số liệu Giao tiếp điểm-điểm thường không thực tế Các thiết bị cách xa nhau Số kết nối tăng đáng kể khi số các thiết bị cần giao tiếp lớn  mạng truyền số liệu Phân loại dựa vào phạm vi hoạt động Mạng cục bộ (Local-Area Networks – LAN) Mạng diện rộng (Wide-Area Networks – WAN) Chương 2: Mã hiệu Trong các htttrr hoặc lt nhưng đã được rr hóa, bản tin thông thường thông qua các phép biến đổi. - Ở bên phát -> đổi thành số (nhị phân), mã hóa.. - Ở bên thu -> đổi ngược lại, giải mã, liên tục hóa… Định nghĩa: _ Mã hiệu (code): là nguồn một nguồn tin với sơ đồ thống kê được xây dựng nhằm thỏa mãn một số yêu cầu do hệ thống truyền tin đề ra. Mã hiệu chính là tập hữu hạn các dấu hiệu riêng (symbol), hay bảng chữ riêng có phân phối xác suất thỏa mãn một số yêu cầu qui định. VD: -Trong TT điện báo khóa lịch (manip) tần số (FSK, PSK), 2 tần số hoặc 1 góc pha ngược nhau 1800, cơ số mã m=2. - Điện báo morse: m=3 Định nghĩa và điều kiên thiết lập mã Quá trình mã hóa (encoding) là việc sử dụng mã hiệu để biểu diễn các tin của SI. Vì số ký hiệu mã phải dùng 1 tổ hợp các ký hiệu mã. -> dãy này gọi là từ mã (codeword). Từ mã là 1 dãy liên tục các ký hiệu mã được dùng để mã hóa SI-> tập từ mã -> mã khối. ĐK t/lập mã chung cho các loại mã hiệu: có q/luật đảm bảo sự phân tách ra được 1 cách duy nhất các từ mã. VD: SI: a,b,c,d được mã hóa theo qui luật a->00, b->01, c->10, d->11. aabcdb ->000001101101 Khi giải mã tách từng nhóm 2 ký hiệu mã tương ứng Nếu đem nguồn trên với bộ mã khác sẽ cho kq khác. ĐK riêng cho mỗi loại mã: Đ/v bộ mã còn tồn tại đk riêng phải được thõa mãn khi thiết lập mã. VD: Mã thống kê tối ưu phải đạt được độ dài trung bình của các từ mã tối thiểu, mã chống nhiễu phải cho phép phát hiện sai càng nhiều càng tốt. 2. Phương pháp biểu diễn mã 2.1 Các bảng mã: Bảng đối chiếu mã: liệt kê tin của nguồn kèm theo từ mã. Nếu bộ mã lớn -> cồng kềnh. VD: Tin a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a8 a9 a10 Từ mã 00 01 100 1010 1001 Mặt toạ độ của mã: là 1 biểu diễn dựa trên 2 thông số của từ mã, là độ dài n và trọng số b để lập một mặt phẳng có 2toạ độ, trên đó mỗi từ mã được bd bằng 1 điểm. b = ak: giá trị riêng của ký hiệu thứ k trong từ mã kể từ trái sang phải với mã nhị phân. k: là số thứ tự, m: là cơ số của mã VD: Trọng số của từ mã nhị phân có 4 ký hiệu 1011 bằng: b = 1.20+0.21+1.22+1.23 = 13 Mỗi từ mã sẽ hoàn toàn xác định khi ta xác định được (n,b) của nó. Định lý: Không có 2 từ mã mã hoá 2 tin khác nhau của cùng một bộ mã thoã mãn đồng thời : ni =nj , bi=bj 2.2 Đồ hình mã Cây mã là một đồ hình gồm các nút và các nhánh. Gốc của cây gọi là nút gốc. Từ nút gốc phân ra m nhánh, mỗi nhánh đại biểu 1 trị. Mỗi nhánh kết thúc tại 1 nút ở cấp cao hơn nút xuất phát -> tiếp tục phân ra. VD: Cây mã cho bộ mã 00, 01, 100, 1010, 1011 Đồ hình kết cấu Gồm những nút và những nhánh có hướng đây là cách biểu diễn cây mã rút gọn Một từ mã được biểu diễn bằng một vòng kín xuất phát từ nút gốc theo các nhánh có hướng qua các nút trung gian rồi về nút gốc. Mỗi nút đại diện cho một trị của ký hiệu mã. 2.3 Hàm cấu trúc của mã Hàm cấu trúc của mã cho ta đặc tính quan trọng của mã là sự phân bố của các từ mã theo độ dài, ký hiệu G (n1). Ví dụ: Bộ mã 00, 01, 100, 1010, 1011 có hàm G(n) dưới dạng sau: G(ni) = 2, khi ni= 2. G(ni) = 1, khi ni= 3. G(ni) = 2, khi ni= 4. Từ hàm cấu trúc có thể phân biệt được mã đều hay không đều. 3. Điều kiện phân tách các mã hiệu 3.1 Độ chậm giải mã Bất kỳ dãy các từ mã nào của bộ mã cũng không được trùng với một dãy từ mã khác của cùng bộ mã. Lấy bộ mã 00, 01, 100, 1010, 1011 khi nhận được 1000101001011101101 chỉ có thể phân tách một cách duy nhất thành dãy các từ mã: 100_01_01_00-1011_1011_01 Như vậy bộ mã đang xét thuộc loại mã phân tách được gọi là độ chậm giải mã là số ký hiệu cần phải nhận đủ để có thể phân tách được từ mã. 3.2 Điều kiện để tách được mã Định lý1: Điều kiện cần và đủ để mã có tính phân tách là không có 1 tổ hợp mã nào trong các cột từ j>=2 trùng với 1 từ mã trong cột 1. Ví dụ: Xét tính phân tách của bộ mã 10, 100, 01, 011 1 2 3 4 5 ... 10 0 1 0 1 ... 100 1 11 00 11 ... 01 0 1 0 ... 011 00 11 00 ... Trong các cột từ 2, 3,... Các bảng thứ này không có tổ hợp mã nào trùng với các từ mã trong cột 1, nhưng có thể điền các cột j đến vô hạn mà không gặp cột trống. Bộ mã này phân tách được nhưng độ chậm giải mã là vô hạn. Giả sử khi nhận được dãy ký hiệu: 10010101010101...->vô hạn Chỉ với 5 ký hịêu đầu 100_10, 10_01_01 Nhưng nếu 100101010101010011 ->phân tích duy nhất thành: 100_10_10_10_10_10_011 Định lý 2: Điều kiện cần và đủ để mã có tính phân tách được là không có bất kỳ từ mã nào trùng với phần đầu của từ mã khác của cùng bộ mã -> mã có tính prefix VD: từ mã: 011001110 ->01100111, 0110011, 011001, 01100, 0110,011,01,0. 3.3 Mã có dấu phân tách Các loại mã prefix có tính phân tách được, nhưng các thiết bị đối với loại mã đó phức tạp-> xây dựng những loại mã có dấu phân tách. Sử dụng tổ hợp cuối của từ mã -> tìm thấy điểm kết thúc 1 từ mã -> dấu hiệu phân tách. Mã dùng dấu phân tách để cắt các từ mã -> mã có dấu phân tách. VD: dấu bỏ cách , _ ->thường sử dụng mã đặc biệt mà ta không gặp nó trong từ mã. Vì vậy khi phân tách 1 từ mã -> cần biết ít nhất là tất cả các ký hiệu của từ mã cần tách -> nhận dạng dấu phân tách. VD: 01111110, ETX... Chương 3: Kênh tin và giao tiếp truyền tin Khái niệm: Để truyền số liệu nhị phân qua một đường truyền -> phải biến đổi thành -> t/h điện. VD: 1 -> +V, 0 -> -V gửi đến đường truyền -> bên nhận +V -> 1, -V -> 0. Thực tế những t/h điện bị giảm và méo do môi trường, tốc độ bit của số liệu được truyền, khoảng cách giữa 2 tbị thông tin. 2. Môi trường truyền dẫn: Đường truyền -> quyết định tốc độ bps Hữu tuyến (guided media – wire) Cáp đồng Cáp quang Vô tuyến (unguided media – wireless) Vệ tinh Hệ thống sóng radio: troposcatter, microwave, ... Đặc tính và chất lượng được xác định bởi môi trường và tín hiệu Đối với hữu tuyến, môi trường ảnh hưởng lớn hơn Đối với vô tuyến, băng thông tạo ra bởi anten ảnh hưởng lớn hơn Yếu tố ảnh hưởng trong việc thiết kế: tốc độ dữ liệu và khoảng cách Băng thông Băng thông cao thì tốc độ dữ liệu cao Suy yếu truyền dẫn Nhiễu (nhiễu nhiệt, nhiễu điều chế, nhiễu xuyên kênh, nhiễu xung) Số thiết bị nhận (receiver) Môi trường hữu tuyến Càng nhiều thiết bị nhận, tín hiệu truyền càng mau suy giảm Môi trường truyền dẫn Các đặc tính cáp Cáp đồng: twisted-pair UTP Cat 3 Lên đến 16MHz Được dùng trong liên lạc thoại ở hầu hết các văn phòng Chiều dài xoắn (twist length): 7.5cm tới 10cm UTP Cat 4 Lên đến 20 MHz UTP Cat 5 Lên đến 100MHz Được dùng phổ biến hiện nay trong các văn phòng Chiều dài xoắn: 0.6cm đến 0.85cm Thích hợp cho tốc độ truyền lên đến 100.106 bits/second STP Cat 3: thích hợp cho tốc độ truyền lên đến 10.106 bits/second Cáp quang: mang thông tin truyền đi dưới dạng chùm ánh sáng dao động trong sợi thuỷ tinh Truyền dẫn vô tuyến Truyền và nhận thông qua anten Có hướng Chùm định hướng (focused beam) Đòi hỏi sự canh chỉnh hướng cẩn thận Vô hướng Tín hiệu lan truyền theo mọi hướng Có thể được nhận bởi nhiều anten Tầm tần số 2GHz đến 40GHz Sóng viba (microwave) Định hướng cao Điểm-điểm Vệ tinh 30MHz đến 1GHz Vô hướng radio 3 x 1011 đến 2 x 1014 Hồng ngoại Cục bộ Khắc phục những khó khăn về địa lý khi triển khai hệ thống Tỷ lệ bit lỗi trên đường truyền (BER) thay đổi tùy theo hệ thống được triển khai. Ví dụ: BER của vệ tinh ~ 10-10 Tốc độ truyền thông tin đạt được thay đổi, từ vài Mbps đến hàng trăm Mbps Phạm vi triển khai đa dạng: LAN (vài km), WAN (hàng chục km) Chi phí để triển khai hệ thống ban đầu rất cao Vô tuyến: sóng viba mặt đất Chảo parabol (thường 10 inch) Chùm sóng định hướng theo đường ngắm (line of sight) Khoảng cách max giữa các anten h: chiều cao của anten k: hằng số hiệu chỉnh độ gấp khúc của sóng (k=4/3) Ví dụ: tháp anten cao 100m cách xa 82km Chuỗi tháp anten: điểm-điểm Độ suy giảm t/h d: khoảng cách – : chiều dài sóng Độ suy giảm tỉ lệ thuận bình phương khoảng cách  cần amp/repeater mỗi 10-100km Độ suy giảm thay đổi theo môi trường (càng tăng khi có mưa) Viễn thông khoảng cách xa Thay thế cho cáp đồng trục (cần ít bộ amp/repeater, nhưng phải nằm trên đường thẳng) Tần số càng cao thì tốc độ dữ liệu càng cao Vô tuyến: sóng vệ tinh Vệ tinh là trạm trung chuyển Vệ tinh nhận trên một tần số, khuyếch đại (lặp lại tín hiệu) và phát trên một tần số khác Cần quĩ đạo địa tĩnh Cao 35.784 km Ứng dụng Truyền hình Điện thoại đường dài Mạng riêng Đặc tính Thường trong khoảng tần số 1-10 GHz 10 GHz: hấp thụ bởi tầng khí quyển Cặp tần số thu/phát (3.7-4.2 downlink, 5.925-6.425 uplink) 4/6 GHz band (11.7-12.2 downlink, 14-14.5 uplink) 12/14 GHz band Tần số cao hơn đòi hỏi tín hiệu phải mạnh để không bị suy giảm Trễ 240-300ms, đáng chú ý trong viễn thông Vô tuyến: vệ tinh Vô tuyến: sóng radio Vô hướng, 30MHz – 1GHz Sóng FM Truyền hình UHF và VHF Truyền theo đường thẳng (line of sight) Bị ảnh hưởng bởi nhiễu đa kênh Phản xạ Vô tuyến: sóng hồng ngoại Truyền theo đường thẳng (hoặc phản xạ) Cản bởi các bức tường Bộ điều khiển TV từ xa, cổng điều khiển bằng hồng ngoại (IRD port) 3. Các nguồn suy giảm và méo dạng Những ảnh hưởng khác nhau của suy giảm và méo dạng có thể làm mất tín hiệu trong suốt thời gian truyền. Sự suy giảm T/h nhận được khác với t/h truyền đi Analog – suy giảm chất lượng t/h Digital – lỗi trên bit Nguyên nhân: Suy yếu và méo do suy yếu trên đường truyền Méo do trễ truyền, Nhiễu Độ suy giảm tín hiệu Định nghĩa (signal attenuation) Khi một tín hiệu lan truyền qua một môi trường truyền, cường độ (biên độ) của tín hiệu bị suy giảm (theo khoảng cách) Tùy thuộc vào môi trường truyền dẫn Đối với môi trường vô tuyến, suy giảm cường độ t/h là một hàm phức tạp theo khoảng cách và thành phần khí quyển Cường độ t/h nhận phải Đủ mạnh để thiết bị nhận nhận biết được Đủ cao so với nhiễu để t/h không bị lỗi Suy yếu là một hàm tăng theo tần số Kỹ thuật cân bằng độ suy yếu trên dải tần số Dùng bộ khuyếch đai (khuyếch đại ở tần số cao nhiều hơn) Đo bằng đơn vị decibel (dB) Cường độ t/h suy giảm theo hàm logarit Độ lợi/độ hao hụt của các tầng nối tiếp có thể được tính bằng phép toán đơn giản (+/-) Độ suy giảm tín hiệu Đo bằng đơn vị decibel (dB) Cường độ t/h suy giảm theo hàm logarit Độ lợi/độ hao hụt của các tầng nối tiếp có thể được tính bằng phép toán đơn giản (+/-) Công thức Attenuation = 10log10(P1/P2) (dB) P1: công suất của tín hiệu nhận (W) P2: công suất của tín hiệu truyền (W) Decibel (dB) là giá trị sai biệt tương đối Công suất suy giảm ½  độ hao hụt là 3dB Công suất tăng gấp đôi  độ lợi là 3dB Trễ lan truyền tín hiệu Méo trễ truyền Chỉ xảy ra trong môi trường truyền dẫn hữu tuyến Vận tốc lan truyền thay đổi theo tần số Vận tốc cao nhất ở gần tần số trung tâm Các thành phần tần số khác nhau sẽ đến đích ở các thời điểm khác nhau Công thức Transmission propagation delay Tp = S/V S : khoảng cách vật lý (meter) V : vận tốc lan truyền tín hiệu trên môi trường truyền, vd: với sóng điện từ: v = 2 x 106 (m/s) Round trip delay Tx = N/R N : khối lượng dữ liệu truyền (bit) R : tốc độ truyền bit trên đường truyền. Nhiễu Tín hiệu thêm vào giữa thiết bị phát và thiết bị thu Các loại nhiễu Nhiễu nhiệt Nhiễu điều chế Nhiễu xuyên kênh (cross talk) Nhiễu xung Nhiễu Tốc độ kênh truyền (khả năng kênh) Đặc điểm Có thể truyền nhiều hơn một bit ứng với mỗi thay đổi của tín hiệu trên đường truyền. Tốc độ truyền thông tin cực đại bị giới hạn bởi băng thông của kênh truyền Công thức Nyquist Nếu tốc độ truyền tín hiệu là 2W thì tín hiệu với tần số nhỏ hơn (hoặc bằng) W là đủ; ngược lại nếu băng thông là W thì tốc độ tín hiệu cao nhất là 2W C = 2W x log2M C : tốc độ truyền t/h cực đại (bps) khi kênh truyền không có nhiễu W : băng thông của kênh truyền (Hz) M : số mức thay đổi tín hiệu trên đường truyền Độ hữu hiệu băng thông: B = R/W (bps HZ-1) Tốc độ dữ liệu Baud rate (baud/s) Nghịch đảo của phần tử dữ liệu ngắn nhất (số lần thay đổi tín hiệu đường truyền mỗi giây) Tín hiệu nhị phân tốc độ 20Hz: 20 baud (20 thay đổi mỗi giây) Bit rate (bps hoặc bit/s) Đặc trưng cho khả năng của kênh truyền Tốc độ truyền dữ liệu cực đại trong trường hợp không có nhiễu Bằng baud rate trong trường hợp tín hiệu nhị phân Khi mỗi thay đổi đường truyền được biểu diễn bằng 2 hay nhiều bit, tốc độ bit khác với tốc độ baud Quan hệ giữa Baud rate và Bit rate R = Rs x log2M = Rs x m R : tốc độ bit (bit/s) Rs : tốc độ baud (baud/s) M : số mức thay đổi tín hiệu trên đường truyền m : số bit mã hóa cho một tín hiệu Tỉ lệ tín hiệu so với nhiễu Signal to Noise ratio SNR = 10 x log10 (S/N) (dB) S : công suất tín hiệu nhận N : công suất nhiễu Công thức Shannon-Hartley C = W x log2 (1 + S/N) (bps) C : tốc độ truyền t/h cực đại khi kênh truyền không có nhiễu Chương 4: Mạng truyền số liệu 4.1 Giới thiệu: Mạng diện rộng WAN Khác như thế nào so với mạng LAN? Triển khai theo diện rộng Dựa vào các mạch truyền dẫn công cộng Công nghệ Chuyển mạch mạch (circuit-switching) Đường truyền dẫn dành riêng giữa 2 node mạng Chuyển mạch gói (packet-switching) Không được dành riêng đường truyền dẫn Mỗi gói đi theo đường khác nhau Chi phí đường truyền cao để khắc phục các lỗi truyền dẫn Frame Relay Được dùng trong chuyển mạch gói có xác suất lỗi thấp ATM Chế độ truyền bất đồng bộ (Asynchronous Transfer Mode) Dùng các gói có kích thước cố định (gọi là cell) ISDN Mạng số các dịch vụ tích hợp (Integrated Services Digital Network) Mạng truyền số liệu Một cách phân loại khác Dựa vào kiến trúc và kỹ thuật dùng để trao đổi dữ liệu Mạng chuyển mạch (switched networks) Mạng chuyển mạch mạch Mạng chuyển mạch gói Mạng phát tán (broadcast networks) Mạng radio gói (packet radio net.) Mạng vệ tinh (satellite net.) Mạng cục bộ (local net.) 4.2 Cấu hình mạng 4.3 Kiến trúc truyền thông máy tính Tác vụ giao tiếp được phân nhỏ thành các môđun Các mođun được hiện thực trên các lớp khác nhau (trên cả 2 hệ thống) Giao tiếp đồng đẳng Ứng dụng truyền file Nguồn thiết lập kết nối (báo cho mạng biết đâu là đích) Nguồn đảm bảo đích sẵn sàng nhận dữ liệu Ứng dụng truyền file trên h/t nguồn phải đảm bảo chương trình quản lý file trên h/t đích sẵn sàng nhận và lưu trữ file Nếu định dạng file dùng trên 2 h/t không tương thích, một hoặc cả 2 h/t phải thực hiện chức năng chuyển đổi Ví dụ: truyền file có thể được phân thành 3 môđun Truyền file Dịch vụ giao tiếp Truy xuất mạng 4.4 Giao thức Dùng để giao tiếp giữa các thực thể trong một hệ thống Thực thể Có khả năng gởi/nhận thông tin Ứng dụng người dùng Thư điện tử Thiết bị đầu cuối Hệ thống Đối tượng vật lý, chứa một hoăc nhiều thực thể Máy tính Thiết bị đầu cuối Cảm biến từ xa Phải cùng “nói” một ngôn ngữ Các thành phần chính của một nghi thức giao tiếp Ngữ pháp (syntax) Định dạng dữ liệu Mức tín hiệu Ngữ nghĩa (semantic) Thông tin điều khiển Xử lý lỗi Định thời (timing) Đồng bộ Tuần tự Các tổ chức chuẩn hóa Các tổ chức chuẩn hóa Internet Society (ISOC): cộng đồng các tổ chức và cá nhân liên quan đến việc đánh địa chỉ của internet (bao gồm cả IETF, IAB) Electronics Industries Association EIA: hiệp hội các nhà sản xuất ở Mỹ, đưa ra chuẩn RS232 và các chuẩn tương tự Institute of Electrical and Electronic Engineers IEEE ( tổ chức nhà nghề của các kỹ sư điện-điện tử (IEEE-754: chuẩn cho số chấm động) International Telecommunications Union ITU ( điều phối các chuẩn tầm quốc tế, cấp phát tần số viễn thông vệ tinh American National Standards Institute ANSI ( đại diện cho một số tổ chức chuẩn hóa ở Mỹ (chuẩn cho ký tự ASCII) International Organization for Standardization ISO ( có nhiều chuẩn liên quan đến máy tính, đại diện ở Mỹ là ANSI (ISO9000 là chuẩn liên quan bảo hiểm chất lượng) Ưu điểm Bảo đảm thị trường lớn cho các thiết bị và các phần mềm Cho phép các sản phẩm của các nhà cung cấp có thể giao tiếp với nhau Nhược điểm Hạn chế sự phát triển công nghệ Có thể có nhiều chuẩn cho cùng một công nghệ Tiêu chuẩn hóa Hệ thống kín (sở hữu riêng) Được định nghĩa bởi một vài nhà sản xuất máy tính Chỉ liên quan đến việc truyền dữ liệu trong một máy tính hoặc giữa máy tính với các thiết bị ngoại vi Hệ thống nhiều nhà cung cấp (thương mại hóa) Được định nghĩa bởi một số nhà cung cấp dịch vụ viễn thông SNA (IBM), IPX (Novel), ... V-series: kết nối giữa DTE và modem kết nối với PSTN (Public Switched Telephone Tetwork) X-series: kết nối giữa DTE và PSDN (Public Switched Data Network) I-series: kết nối giữa DTE và ISDN (Integrated Services Digital Network) Hệ thống DoD TCP/IP – Transmission Control Protocol/Internet Protocol) Hệ thống mở Được định nghĩa bởi ISO OSI – Open Systems Interconnection Mô hình 3 lớp Network Access Layer Trao đổi dữ liệu giữa máy tính và mạng Máy tính nguồn cung cấp địa chỉ đích Có thể có các mức dịch vụ Tùy thuộc vào loại mạng đang dùng (LAN, chuyển mạch gói, …) Transport Layer Trao đổi dữ liệu tin cậy Độc lập với mạng đang dùng Độc lập với ứng dụng Application Layer Hỗ trợ các ứng dụng người dùng khác nhau (e.g. e-mail, file transfer) Kiến trúc nghi thức và mạng 2 mức địa chỉ Mỗi máy tính cần 1 địa chỉ mạng duy nhất Mỗi ứng dụng trong một máy tính cần 1 địa chỉ duy nhất (trong máy) Service Access Point (SAP) Port đối với mô hình TCP/IP Nghi thức trong mô hình 3 lớp Protocol Data Units (PDU) Tại mỗi lớp, người ta dùng các nghi thức để giao tiếp Thông tin điều khiển được thêm vào dữ liệu người dùng tại mỗi lớp Lớp Transport có thể phân đoạn dữ liệu người dùng Mỗi phân đoạn có một header chứa SAP đích Số tuần tự Mã phát hiện sai Network PDU Thêm header mạng chứa Địa chỉ mạng của máy đích Yêu cầu dịch vụ DSAP = Destination Service Access Point DHost = Destination Host Kiến trúc nghi thức được chuẩn hóa Cần thiết để các thiết bị trao đổi dữ liệu Các nhà cung cấp có nhiều sản phẩm Khách hàng có thể đòi hỏi thiết bị hợp chuẩn 2 chuẩn thông dụng Mô hình OSI Mô hình TCP/IP Ngoài ra còn có Systems Network Architecture (SNA) của IBM Mô hình DoD Phát triển bởi DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) cho mạng chuyển mạch gói ARPANET (sau này là Internet) Sắp xếp phân cấp của các thực thể có khả năng giao tiếp với các thực thể ngang cấp trong một hệ thống khác Trong một hệ thống, một thực thể cung cấp dịch vụ cho các thực thể khác và cũng sử dụng dịch vụ của các thực thể khác Nhấn mạnh vào sự kết nối liên mạng, nghĩa là, khi 2 thực thể giao tiếp không nối chung một mạng Quan tâm cả hệ thống hướng đến kết nối và không kết nối Bao gồm các ứng dụng: trao đổi file (FTP, RCP), mô phỏng terminal (telnet, rlogin), chia xẻ và truy cập file phân tán (NFS), thực thi lệnh từ xa (rsh, rexec), in ấn từ xa (lpr), 802.X, X.25, mail (SMTP), quản trị mạng (NSP, SNMP) TCP/IP được phát triển đồng thời với mô hình ISO Không chứa các nghi thức liên quan đến các lớp trong mô hình ISO Hầu hết các chức năng của mô hình ISO được tích hợp trong TCP/IP Không phải mô hình chính thức, nhưng là một mô hình thực tiễn Lớp ứng dụng Lớp vận chuyển (giao tiếp giữa các thiết bị) Lớp Internet Lớp truy xuất mạng Lớp vật lý Mô hình kiến trúc giao thức TCP/IP TCP/IP Mức địa chỉ Địa chỉ duy nhất cho mỗi hệ thống đầu cuối và router Địa chỉ lớp mạng Địa chỉ IP hoặc địa chỉ internet (TCP/IP) Network service access point (NSAP – OSI) Quá trình trong hệ thống Port number (TCP/IP) Service access point (SAP – OSI) Một họat động đơn giản Quá trình gắn với port 1 trong máy A gởi thông báo tới port 2 trong máy B Quá trình trong máy A chuyển message tới TCP để gởi tới máy B TCP chuyển xuống IP để gởi cho máy B IP chuyển xuống lớp mạng (e.g. Ethernet) để gởi tới router J Tạo ra tập các PDU được bao bọc Dòng dữ liệu trong TCP/IP User Data User Data ApplicationHeader Application Data TCP Header Application Data TCP Header IP Header Application Data TCP Header IP Header EthernetHeader EthernetTrailer 14 20 20 4 EthernetDriver IP TCP Ethernet Application Mô hình giao tiếp dùng TCP/IP Token RingDriver IP TCP FTPServer EthernetDriver IP TCP FTPClient Token RingDriver EthernetDriver IP Token Ring Ethernet IPProtocol IPProtocol Token RingProtocol EthernetProtocol FTP Protocol TCP Protocol Router Các giao thức trong mô hình TCP/IP BGP = Border Gateway Protocol OSPF = Open Shortest Path First FTP = File Transfer Protocol RSVP = Resource ReSerVation Protocol HTTP = Hypertext Transfer Protocol SNMP = Simple Network Management Protocol ICMP = Internet Control Message Protocol SMTP = Simple Mail Transfer Protocol IGMP = Internet Group Management Protocol TCP = Transmission Control Protocol IP = Internet Protocol UDP = User Datagram Protocol MIME = Multi-purpose Internet Mail Extension Mô hình mạng ISO/OSI Hệ thống lý thuyết ra đời quá trễ TCP/IP đang là tiêu chuẩn thực tiễn 7 lớp Ứng dụng (Application) Trình bày (Presentation) Giao dịch (Session) Vận chuyển (Transport) Mạng (Network) Liên kết dữ liệu (Data link) Vật lý (Physical) OSI Enviroment Network Enviroment Mô hình mạng ISO/OSI Lớp hướng tới ứng dụng Lớp ứng dụng Cung cấp cho các ứng dụng các dịch vụ để truy cập mạng Lớp trình bày Cung cấp định dạng dữ liệu được dùng để truyền dữ liệu giữa các máy tính nối mạng (chuyển đổi mã ký tự, mật mã dữ liệu, nén dữ liệu, …) Lớp giao dịch Cung cấp cấu trúc điều khiển truyền số liệu giữa các ứng dụng (trợ giúp tổng đài, quyền truy cập, chức năng tính cước, …) Cho phép 2 máy tính tạo, sử dụng và xóa kết nối Có khả năng nhận dạng tên và các chức năng khác (security) cần thiết cho 2 máy tính nối kết qua mạng  Quan tâm đến các lớp dưới (từ lớp vận chuyển trở xuống) Các lớp trên được tích hợp trong hệ điều hành và không cần thiết phải chuẩn hóa Lớp hướng tới ứng dụng Lớp vận chuyển Cung cấp dịch vụ thông báo end-to-end cho các lớp trên Cung cấp đường ống vận chuyển gói end-to-end cho lớp vận chuyển Bảo đảm dữ liệu được truyền không có lỗi, theo thứ tự và không mất mát, ngắt quãng hoặc dư thừa Chịu trách nhiệm đóng gói dữ liệu từ một thông báo lớn thành nhiều thông báo kích thước nhỏ hơn để gởi đi và tập hợp các thông báo nhỏ thành một thông báo ban đầu khi nhận được (có khả năng đa hợp) Ngắt thông báo thành các gói nhỏ (có kích thước thích hợp) và tập hợp các gói cho lớp mạng Đa hợp các giao dịch với cùng các node nguồn/đích Tái lập thứ tự các gói tại đích đến Khôi phục lỗi, hư hỏng Điều khiển dòng từ nguồn đến đích và ngược lại Lớp phụ thuộc môi trường truyền Lớp mạng Trung chuyển các gói giữa lớp vận chuyển và lớp liên kết dữ liệu Đánh địa chỉ gói và dịch địa chỉ luận lý thành địa chỉ vật lý Tìm đường kết nối với máy tính khác thông qua mạng Mỗi node chứa một mođun lớp mạng cộng với một mođun lớp liên kết dữ liệu cho một liên kết Transportlayer Networklayer DLC layerlink 1 DLC layerlink 2 DLC layerlink 3 Lớp phụ thuộc môi trường truyền Lớp liên kết dữ liệu Chịu trách nhiệm truyền dẫn một cách tin cậy (error-free) các gói dữ liệu của lớp mạng thông qua một liên kết đơn Đóng khung: xác định đầu và cuối các gói Phát hiện lỗi: xác định gói nào có lỗi đường truyền Sửa lỗi: cơ chế truyền lại (Automatic Repeat Request – ARQ) Lớp phụ thuộc môi trường truyền Lớp vật lý Điều khiển việc truyền dữ liệu (chuỗi các bit) thực sự trên cáp/mạng Định nghĩa tín hiệu điện, trạng thái đường truyền, mã hóa thông tin và kiểu kết nối được sử dụng Thời gian trễ truyền Thời gian t/h truyền từ nguồn đến đích T/h truyền với vận tốc xấp xỉ vận tốc ánh sáng C=3x108 m/s Ví dụ vệ tinh GEO d=40.000km ? trễ truyền 1/8 s; cáp Ethernet d=1km ? trễ truyền 3µs Lỗi truyền Suy giảm công suất t/h Suy giảm do nhiễu Mô hình kênh truyền đơn giản: kênh nhị phân đối xứng (Binary Symetric Channel) P: xác suất lỗi 1 bit Lỗi xảy ra độc lập Thực tế, lỗi xảy ra thành chùm Truyền dữ liệu trong mạng OSI So sánh OSI và TCP/IP Application Presentation Transport Session Network Data link Physical Application Transport(host-to-host) Internet Network Access Physical OSI TCP/IP So sánh mô hình OSI và TCP/IP Application Presentation Session Transport Network Datalink Physical 1 2 3 4 5 6 7 Function Layer Telnet FTP TFTP SMTP DNS Others TCP UDP ICMP Ethernet TokenRing Other RARP ARP IP Protocol OSI Reference Model TCP/IP Protocol Suite 4.5 Truyền số liệu 1. Cơ sở truyền số liệu: Truyền sl nối tiếp Truyền sl song song Truyền dẫn không đồng bộ Truyền dẫn đồng bộ Đồng bộ bit Đồng bộ ký tự Đồng bộ khung Truyền sl nối tiếpTruyền sl song song Tên tổng quát của hầu hết các IC này là: UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) USRT (Universal Synchronous Receiver Transmitter):mạch này đồng bộ thiên hướng ký tự. USART có thể hoạt động theo UART hay USRT tuỳ chọn BOPs (Bit-Oriented Protocol circuits) mạch này đồng bộ thiên hướng bit UCCs (Universal Communication Control circuits) có thể lập trình cho cả 3 loại trên (UART,USRT hay BOPs) UART và USART đều có khả năng kiểm tra các ký tự một cách tự động để phát hiện lỗi parity, và cả hai loại lỗi khác là lỗi định dạng frame (framing error) và lỗi chồng chập ký tự nhận (overrun erro). Một sơ đồ khối của UART có bốn giao tiếp tín hiệu chủ yếu : giao tiếp với bộ vi xử lý, giao tiếp truyền, giao tiếp thu và giao tiếp điều khiển bắt tay (handshake control interface). Hoạt động của 8250 được điều khiển bởi các thành phần điều khiển và hỗ trợ điều khiển gồm các thanh ghi : Thanh ghi điều khiển đường truyền LCR (Line Control Register) Thanh ghi trạng thái đường truyền (Line Status Register ), Thanh ghi nhận dạng ngắt quãng IIR ( Interrupt Identification Register) Thanh ghi cho phép ngắt quãng IER (Interrupt Enable Register) Thanh ghi điều khiển modem MCR (Modem Control Register) Thanh ghi đệm truyền THR (Transsmitter Holding Register) Thanh ghi đệm nhận Các chế độ truyền (Transmission modes) Khi truyền số liệu giữa hai thiết bị có thể dùng 1 trong 3 chế độ thông tin sau: a, Simplex (Đơn công) - Dữ liệu truyền theo 1 hướng. Chỉ 1 trong 2 trạm trên đường truyền có thể truyền, trạm kia chỉ có thể thu (giống như đường 1 chiều)- Ví dụ: Bàn phím và màn hình b, Half-Duplex (Bán song công)- Mỗi thiết bị có thể phát và thu nhưng không đồng thời. - Khi một thiết bị đang phát, thiết bị kia chỉ có thể thu và ngược lại- Trong chế độ half-duplex, toàn bộ dung lượng đường truyền bị chiếm bởi 1 trong 2 thiết bị. c, Full-duplex (song công)- Cả hai thiết bị có thể thu phát đồng thời- Ví dụ: mạng điện thoại Tất cả các bit đều được truyền trên cùng một đường truyền, bit này tiếp theo sau bit kia Không cần các đường truyền riêng cho tín hiệu đồng bộ và tín hiệu bắt tay (các tín hiệu này được mã hóa vào dữ liệu truyền đi) Vấn đề định thời (timing) đòi hỏi phải có cơ chế đồng bộ giữa bên truyền và bên nhận 2 cách giải quyết : + Bất đồng bộ: mỗi ký tự được đồng bộ bởi start và stop bit + Đồng bộ: mỗi khối ký tự được đồng bộ dùng cờ THÔNG TIN NỐI TIẾP BẤT ĐỒNG BỘ. trong DTE có các mạch điều khiển giao tiếp giữa thiết bị và liên kết dữ liệu nối tiếp, các mạch này thực thi các chức năng sau: Chuyển từ song song sang nối tiếp cho mỗi ký tự hay byte để chuẩn bị truyền chúng ra liên kết . Chuyển từ nối tiếp sang song song cho mỗi ký tự hay byte để chuẩn bị lưu trữ và xử lý bên trong thiết bị DTE. Tại máy thu phải đạt được sự đồng bộ bit, byte, và frame. 1. Đồng bộ bit Chuyển đổi 1 byte thông tin thành/từ chuỗi bit PISO – SIPO đồng hồ của thiết bị thu chạy không đồng bộ với tín hiệu thu. > Bộ thu thường dùng clock gấp N lần clock của bộ phát để lấy mẫu tín hiệu đến, ngay điểm giữa thời của bit dữ liệu Tốc độ xung clock với N càng lớn thì vị trí lấy mẫu có khuynh hướng gần giữa thời bit hơn.  tốc độ xung clock THÔNG TIN NỐI TIẾP BẤT ĐỒNG BỘ 2 . Đồng bộ ký tự (character synchronization): Mạch điều khiển truyền nhận được lập trình để hoạt động với số bit bằng nhau trong một ký tự kể cả số bit stop, bit start và bit kiểm tra giữa thu và phát. Các bước: - phát hiện và nhận start bit. - đếm đúng số bit đã được lập trình. chuyển ký tự nhận được vào thanh ghi đệm thu nội bộ. thông báo với thiết bị điều khiển (CPU) rằng đã nhận được một ký tự mới. đợi cho đến khi phát hiện một start bit kế tiếp. 3. Đồng bộ khung (frame synchronization): Khi thông điệp gồm khối các ký tự thì thường được xem như một frame thông tin (information frame) bên cạnh việc đồng bộ bit và đồng bộ ký tự, máy thu còn phải xác định được điểm đầu và điểm kết thúc của một frame. Nguyên tắc: đóng gói chúng thành một khối hoàn chỉnh dùng các ký tự điều khiển (STX, ETX, DLE) III. THÔNG TIN NỐI TIẾP ĐỒNG BỘ. Truyền không cần start/stop,Phải có t/hiệu đồng bộ 1. Nguyên tắc đồng bộ bit. Máy thu đồng bộ bit theo hai cách: mã hóa xung đồng hồ. Tích hợp thông tin đồng bộ (clock) vào trong dữ liệu truyền. Đầu nhận sẽ tách thông tin đồng bộ dựa vào dữ liệu nhận được Dùng DPLL(Digital Phase Lock-Loop).  Dùng một đường tín hiệu đồng bộ riêng biệt Sử dụng một nguồn clock ổn định được giữ đồng bộ với dữ liệu đến tại nơi nhận nhờ một thiết bị gọi là DPLL Mã hóa thông tin phải đảm bảo có sự thay đổi bit trong một khoảng thời gian đủ để nguồn clock được tái đồng bộ Thích hợp khi truyền một khoảng cách ngắn Tín hiệu đồng bộ dễ bị suy giảm trên đường truyền 3. Truyền đồng bộ thiên hướng ký tự.  Truyền đồng bộ thiên hướng ký tự và đồng bộ thiên hướng bit khác nhau ở phương pháp đồng bộ ký tự và đồng bộ frame được dùng chủ yếu để truyền các khối ký tự, như là các tập tin dạng text. - không có start bit hay stop bit => Để thực hiện đồng bộ ký tự. máy phát thêm vào các ký tự điều khiển truyền, gọi là các ký tự điều khiển đồng bộ SYN, ngay trước các khối ký tự truyền.  Các ký tự điều khiển này phải có hai chức năng: - trước hết tự, chúng cho máy thu duy trì đồng bộ bit, - thứ hai, khi điều khiển đã được thực hiện, chúng cho phép máy thu bắt đầu biên dịch luồng bit theo các ranh giới ký tự chính xác (sự đồng bộ ký tự) Sự đồng bộ frame Các ký tự điều khiển SYN thường được dùng bởi bộ thu Cơ chế : Khi máy thu đã được đồng bộ bit thì nó chuyển vào chế độ làm việc gọi là chế độ bắt số liệu Sự trong suốt của dữ liệu 4. Truyền đồng bộ thiên hướng bit.  Việc dùng một cặp ký tự bắt đầu và kết thúc một frame để đồng bộ frame, cùng với việc thêm vào các ký tự DLE không hiệu quả cho việc truyền số liệu nhị phân. dạng của các ký tự điều khiển truyền thay đổi theo các bộ mã ký tự khác nhau, vì vậy chỉ có thể sử dụng với một bộ ký tự. => Để khắc phục các vấn đề này người ta dùng phương pháp truyền đồng bộ thiên hướng bit Ba lược đồ đồng bộ frame thiên hướng bit: Dùng cờ Chỉ định chiều dài và ranh giới bắt đầu frame Cưỡng bức mã hóa bit b. Chỉ định chiều dài và ranh giới bắt đầu frame Khi môi trường truyền là môi trường quảng bá và chia sẻ cho tất cả các DTE. Để cho phép tất cả các trạm khác nhau đạt được sự đồng bộ bit. Trạm truyền đặt vào trước nội dung frame một mẫu bit gọi là mẫu mở đầu _preamble_ bao gồm mười cặp 10. c. Sử dụng các mẫu mã báo bit không chuẩn. Ví dụ mã Manchester thay cho truyền một tín hiệu tại giữa thời bit, mức tín hiệu duy trì tại cùng mức như bit trước trong thời bit hoàn chỉnh (J) hay tại mức ngược (K). Vì các ký hiệu J, K là các mã bit không chuẩn, nên trong phần nội dung của frame sẽ không chứa các ký hiệu này, như vậy đạt được sự trong suốt dữ liệu. Truyền bất đồng bộ (asynchronous transmission) : truyền các ký tự mã hóa thông tin đi tại những thời điểm khác nhau Truyền đồng bộ (synchronous transmission) : là cách truyền mà trong đó khoảng thời gian cho mỗi bit là như nhau: Truyền đồng bộ hướng bit Kiểm soát lỗi (error control ) Môi trường truyền dẫn bị nhiễu (điện, từ, …)  dữ liệu nhận có lỗi. Chúng ta có thể dùng 1 số lược đồ nhưng việc chọn loại nào là tùy vào phương pháp truyền được dùng. + Khi dùng phương pháp truyền bất đồng bộ,vì mỗi ký tự được chăm sóc như một thực thể riêng biệt nên thường thêm một ký tự nhị phân vào mỗi ký tự được truyền. ký số nhị phân thêm vào này được gọi là bit chẵn lẻ (parity bit). + Khi dùng phương pháp truyền đồng bộ,chúng ta thường xác định các lỗi xảy ra trên frame hoàn chỉnh. Vì vậy cần dùng tuần tự kiểm tra lỗi phức tạp hơn. Vấn đề xử lý lỗi Khi truyền tải một chuỗi các bit, các lỗi có thể phát sinh ra, bit 1 có thể biến thành bit 0 hay ngược lại. Tỷ lệ lỗi được định nghĩa như sau: τ = Số bít bị lỗi / Tổng số bít được truyền Tỷ lệ lỗi này có giá trị từ 10-5 đến 10-8. Các thống kê cho thấy rằng 88% các lỗi xẩy ra do sai lệch một bit và 10% các lỗi xảy ra do sự sai lệch 2 bit kề nhau. Thông tin điều khiển có thể theo 2 chiến lược: Bộ mã sửa lỗi (Error-correcting codes): cho phép bên nhận có thể tính toán và suy ra được các thông tin bị lỗi (sửa dữ liệu bị lỗi) Bộ mã phát hiện lỗi (Error-detecting codes): chỉ cho phép bên nhận phát hiện ra dữ liệu có lỗi hay không. Nếu có lỗi bên nhận sẽ yêu cầu bên gởi gởi lại thông tin. Với tốc độ của đường truyền ngày càng cao, người ta thấy rằng việc gởi lại một khung thông tin bị lỗi sẽ ít tốn kém hơn so với việc tính toán để suy ra giá trị ban đầu của các dữ liệu bị lỗi. Chính vì thế đa số các hệ thống mạng ngày nay đều chọn bộ mã phát hiện lỗi. Những bộ mã phát hiện lỗi Có nhiều sơ đồ phát hiện lỗi, trong đó các sơ đồ thông dụng là: Kiểm tra chẵn lẻ (Parity checks) Kiểm tra thêm theo chiều dọc (Longitudinal reduncy check) Kiểm tra phần dư tuần hoàn (Cyclic redundancy check) Kiểm tra chẵn lẻ Ví dụ: nếu bên gởi đang truyền một ký tự ASCII G (mã ASCII là1110001) và đang dùng phương pháp kiểm tra lẽ, nó sẽ nối một bit 1 và truyền đi 11100011. Bên nhận sẽ kiểm tra ký tự nhận được: nếu tổng của các bit 1 là lẻ, nó xem như không có lỗi; nếu một bit hoặc một số lẻ bất kỳ các bit bị lỗi đảo ngược thì rõ ràng bên nhận sẽ phát hiện được lỗi. Tuy nhiên, nếu hai hay một số chẵn bất kỳ các bit bị lỗi đảo ngược thì nó sẽ không phát hiện được lỗi. Kiểm tra thêm theo chiều dọc: Các phép đo chỉ ra rằng việc dùng cả hai kiểm tra chiều ngang VRC (Vertical Redundancy Check) và kiểm tra chiều dọc LRC (Longitudinal Redundancy Check) giảm đi tỷ lệ lỗi không phát hiện được hai đến bốn bậc so với dùng chỉ VRC. Tuy nhiên, sơ đồ này cũng không phải là thật sự tốt, bởi vì nếu co nhiều hơn 2 ký tự bị lỗi, phương pháp này sẽ không phát hiện được điểm sai. Một số giao thức điều khiển lỗi Giao thức truyền đơn công không ràng buộc (Unrestricted Simplex Protocol) Giao thức này được dùng cho việc truyền tải thông tin một chiều từ người gởi sang người nhận. Kênh truyền được giả định là không có lỗi và bên nhận được giả định rằng có thể xử lý được hết tất cả các thông tin gởi đến một cách nhanh chóng. Giao thức truyền đơn công dừng và chờ (Simplex Stop-and-wait Protocol) Giao thức này cũng được thiết kế cho các cuộc truyền tải thông tin một chiều từ người gởi sang người nhận. Kênh truyền tải thông tin cũng được giả định rằng không có lỗi. Nhưng, bên nhận chỉ có một vùng lưu trữ có khả năng hạn chế và một tốc độ xử lý giới hạn, vì thế giao thức phải được thiết kế dự phòng cho trường hợp dữ liệu máy gởi đến nhanh làm tràn vùng lưu trữ thông tin của bên nhận. Giao thức truyền đơn công cho kênh truyền có nhiễu (Simplex Protocol for Noisy Channel ) Trong trường hợp này, kênh truyền được giả định có lỗi và bên nhận có thể phát hiện ra được các khung bị lỗi với các kỹ thuật xử lý lỗi như Parity check hay CRC. Các trường hợp xảy ra như sau: Nếu người gởi không biết được khung có đến nơi nhận tốt hay không => sư dụng khung báo nhận. Nếu các khung báo nhận có thể bị mất => sư dụng bộ đếm thời gian. Nếu bên nhận không phân biệt được các khung trùng lắp do bên gởi gởi lại => đánh số thứ tự cho khung. Vấn đề truyền tải thông tin theo hai chiều (Duplex) Việc truyền tải thông tin giữa hai bên giao tiếp được mong muốn diễn ra một cách đồng thời theo hai chiều hơn là chỉ một chiều để khai thác tối đa khả năng của kênh truyền. => sử dụng chế độ truyền tải hai chiều, gọi là song công (Duplex). Nguyên tắc thực hiện như sau: Vẫn thực hiện việc truyền tải khung, tuy nhiên ta có phân biệt thành các loại khung: dữ liệu (data), báo nhận ACK (acknowledgement), và báo không nhận NACK(Not Acknowledgement) trong trường xác định loại (Type) của khung. Khi một bên nào đó truyền tin, nó có thể kết hợp đưa thông tin báo cho bên kia biết tình trạng của gói tin mà nó đã nhận trước đó. Ta gọi là kỹ thuật piggyback Có 3 chế độ truyền tải Chế độ truyền bình thường (NRM- Normal Response Mode), được sử dụng với cấu hình đường nối kết không cân bằng. Máy chính có thể khởi động một cuộc truyền tải dữ liệu về cho máy phụ. Nhưng máy phụ chỉ có thể thực hiện việc truyền dữ liệu cho máy chính như là những trả lời cho các yêu cầu của máy chính. Chế độ truyền đồng bộ : Được sử dụng với cấu hình nối kết cân bằng. Cả hai máy đều có quyền khởi động các cuộc truyền tải dữ liệu mà không cần sự cho phép của máy kia. Chế độ truyền bất đồng bộ (ARM-Asynchronous Response Mode): Sử dụng cấu hình không cân bằng. Một máy phụ có thể khởi động một cuộc truyền tải và không cần sự cho phép tường minh của máy chính. Máy chính vẫn đảm trách vai trò bảo trì đường truyền bao gồm việc khởi động, phục hồi lỗi và xóa nối kết. Điều khiển luồng (flow control)  Nếu số lượng dữ liệu truyền giữa hai thiết bị là nhỏ,thiết bị phát có thể truyền tất cả các dữ liệu ngay tức thời vì máy thu có đủ tài nguyên để tiếp nhận dữ liệu. tuy nhiên,trong nhiều tình huống truyền tin điều kiện này không thể có => dùng một phương pháp điều khiển luồng dữ liệu để đảm bảo máy thu không bỏ qua bất kỳ phần dữ liệu nào do không đủ tài nguyên để lưu giữ 2. Các phương pháp phát hiện lỗi Điều khiển lỗi Forward: trong mỗi khung phát thêm vào ttin để bên thu -> phát hiện lỗi xuất hiện, xđ vị trí lỗi. Điều khiển lỗi Feedback: phát hiện lỗi -> truyền lại, không xđ vị trí. Các pp: parity bit, kiểm tra tổng khối, kiểm tra độ dư vòng. 4.6 Dồn kênh – Phân kênh 1. Tính chất cần thiết của dồn kênh – phân kênh Khi A và B ở xa nhau ta có thể XD: XD hàng loạt đường truyền -> nối từ cặp XD 1 đường truyền chung: tập trung ttin vào 1 đường chung -> dồn kênh tách ttin từ đường chung -> phân kênh Ưu và nhược điểm 2. Các kỹ thuật Dồn kênh không gian (SDM: Space Division Mul) Dồn kênh tần số (FDM: Frenquecy ‘ ‘) Dồn kênh thời gian (TDM: Time ‘ ‘) 4.7 Chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch không gian và thời gian Nguyên lý chung 4.8 Quản lý liên kết dữ liệu Lớp liên kết dữ liệu liên quan đến việc truyền dữ liệu trên một liên kết tuần tự Liên kết Điểm-điểm Liên kết vật lý hoặc luận lý thông qua mạng chuyển mạch Chế độ truyền dẫn Đồng bộ Bất đồng bộ Nghi thức Hướng đến ký tự Hướng đến bit Chế độ dịch vụ người dùng Best-try/datagram (connectionless mode) Reliable/virtual-circuit (connection-oriented mode) Điều khiển dòng và điều khiển lỗi Giả sử kết nối đã được thiết lập để trao đổi thông tin Giai đoạn thiết lập kết nối – khởi tạo các biến tuần tự, cấp phát bộ đệm, … Giai đoạn ngắt kết nối – thu hồi bộ đệm, … Quản lý liên kết (link management) Khoảng cách gần Đường điều khiển riêng biệt Handshaking control Khoảng cách xa Các gói/khung đặc biệt dùng để điều khiển (supervisory packet/frame) Supervisory frame được dùng để hiện thực nghi thức ARQ, do đó sẽ ảnh hưởng đến cách hiện thực của nó Nghi thức BSC Nghi thức hướng đến bit HDLC Trao đổi khung thông tin, khung giám sát và khung không số3 giai đoạn Khởi tạoTrao đổi dữ liệuNgắt kết nối