Bài giảng Mối quan hệ giữa các thiết bị thông tin

169 trang huongle 3040

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Mối quan hệ giữa các thiết bị thông tin", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_moi_quan_he_giua_cac_thiet_bi_thong_tin.doc

Nội dung text: Bài giảng Mối quan hệ giữa các thiết bị thông tin

Mối quan hệ giữa các thiết bị thông tin Trang 1/Tổng số 169 trang
MỤC LỤC CHƯƠNG 2: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 5 2.1. CẤU HÌNH ĐƯỜNG DÂY 5 2.1.1. Cấu hình điểm nối điểm (point to point): 5 2.1.2. Cấu hình đa điểm (multipoint): 5 2.2. TÔPÔ MẠNG 5 2.2.1. LƯỚI (Mesh): 6 2.2.2. SAO (Star): 6 2.2.4. CÂY (Tree): 7 2.2.5. BUS: 7 2.2.6. VÒNG (Ring): 8 2.2.7. TÔPÔ HỖN HỢP (Hybrid Topologies): 8 2.3. CHẾ ĐỘ TRUYỀN DẪN 8 2.3.1. Đơn công (simplex): 8 2.4. CÁC DẠNG MẠNG 8 2.4.1. Mạng LAN: 8 2.4.2. Mạng MAN: 9 2.4.3. Mạng WAN: 9 2.5. LIÊN MẠNG 9 Chương 3: MÔ HÌNH OSI 16 3.1. MÔ HÌNH OSI: 16 3.1.1. KIẾN TRÚC LỚP: 16 3.1.2. CÁC QUÁ TRÌNH ĐỒNG CẤP: 18 3.1.3. GIAO DIỆN GIỮA CÁC LỚP 18 3.1.4. TỔ CHỨC CÁC LỚP 18 3.2. CHỨC NĂNG CỦA CÁC LỚP 19 3.2.1. LỚP VẬT LÝ: 19 3.2.2. LỚP KẾT NỐI DỮ LIỆU: 20 3.2.2. LỚP MẠNG: 20 3.2.2. LỚP VẬN CHUYỂN: 21 3.2.2. LỚP KIỂM SOÁT KẾT NỐI: 22 3.2.6. LỚP TRÌNH BÀY: 22 3.2.7. LỚP ỨNG DỤNG: 23 Chương 4: TÍN HIỆU 31 4.1. TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ 31 4.2. TÍN HIỆU SỐ 34 Chương 5: MÃ HÓA VÀ ĐIỀU CHẾ 40 5.1. CHUYỂN ĐỔI DIGITAL – DIGITAL 40 5.1.1. Unipolar: 40 5.1.2. Polar: 41 5.1.3. BIPOLAR 43 5.2. CHUYỂN ĐỔI ANALOG – DIGITAL 44 5.2.1. PAM (Pulse Amplitude Modulation): 45 5.2.2. PCM (Pulse Coded Modulation): 45 Trang 2/Tổng số 169 trang
5.3. CHUYỂN ĐỔI SỐ-TƯƠNG TỰ(Điều chế số) 46 5.3.1. ASK (amplitude shift keying): 47 5.3.2. FSK (frequency shift keying): 49 5.3.3. PSK (phase shift keying): 50 5.4. CHUYỂN ĐỔI ANALOG –ANALOG 52 5.4.1. AM (Amplitude Modulation): 52 5.4.2. FM (Frequency Modulation): 53 Chương 6: TRUYỀN DỮ LIỆU SỐ: GIAO DIỆN VÀ MODEM 66 6.1. TRUYỀN DỮ LIỆU SỐ 66 6.1.1. Truyền song song 66 6.1.2. Truyền nối tiếp 66 6.2. GIAO DIỆN DTE-DCE 67 6.2.1. DTE (Data Terminal Equipment): 67 6.2.2. DCE (Data Circuit-Terminating Equipment): 67 6.2.3. Các Chuẩn: 67 6.2.4. Giao diện EIA-232 67 6.2.5. CÁC CHUẨN GIAO DIỆN KHÁC 68 6.3. MODEM 70 Chương 7: MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN 86 7.1. MÔI TRƯỜNG CÓ ĐỊNH HƯỚNG 86 7.1.1. CÁP XOẮN ĐÔI 86 7.1.2. CÁP ĐỒNG TRỤC: 87 7.1.3. CÁP QUANG: 88 7.1.4. ưu điểm của cáp quang: 90 7.1.5. Khuyết điểm của cáp quang: 91 7.2. MÔI TRƯỜNG KHÔNG ĐỊNH HƯỚNG 91 7.2.1. LAN TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN: 91 7.2.2. LAN TRUYỀN CÁC TÍN HIỆU ĐẶC BIỆT: 92 7.3. THÔNG TIN VỆ TINH: 94 7.4. ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG (cellular telephony): 94 7.5. TỒN HAO ĐƯỜNG TRUYỀN (TRANSMISSSION IMPAIRMENT) 96 7.6. HIỆU SUẤT (PERFORMANCE): 97 7.7. SO SÁNH CÁC MÔI TRƯỜNG TRUYỀN 99 Chương 8: GHÉP KÊNH (MULTIPLEXING) 114 8.1. Khái niệm và phân lọai 114 8.2. GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ (FDM) 114 8.2.1. Quá trình ghép kênh FDM: 114 8.2.2. Phân kênh: 115 8.3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN CHIA THEO BƯỚC SÓNG (WDM) 115 8.4. PHƯƠNG PHÁP PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN (TDM) 115 8.4.1. TDM đồng bộ: 115 8.4.2. TDM không đồng bộ: 117 8.4.3. GHÉP KÊNH NGHỊCH: 119 8.5. ỨNG DỤNG CỦA GHÉP KÊNH: HỆ THỐNG ĐIỆN THOẠI 120 Trang 3/Tổng số 169 trang
8.5.1. Dịch vụ sóng mang chung và phân cấp (common carrier services and hierarchies): 120 8.6. ĐƯỜNG DÂY THUÊ BAO SỐ (DSL) 124 8.6.1. ADSL: (asymmetric digital subscriber line) 124 8.6.2. RADSL: 125 8.6.3. HDSL: 125 8.6.4. SDSL: 125 8.6.5. VDSL: 125 8.7. FTTC (fiber to the curb): 125 Chương 9: PHÁT HIỆN VÀ SỬA LỖI 137 9.1. CÁC DẠNG LỖI 137 9.2. PHÁT HIỆN LỖI 138 9.3. VRC (VERTICAL REDUNDANCY CHECK) 138 9.4. LRC (LONGITUDINAL REDUNDANCY CHECK) 139 9.5. CRC (CYCLIC REDUNDANCY CHECK): 140 9.6. CHECKSUM 141 9.7. SỬA LỖI 143 9.7.6. SỬA LỖI BỆT 145 Chương 10: ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI DỮ LIỆU (DATA LINK CONTROL) 153 10.1. HẠNG MỤC ĐƯỜNG DÂY (LINE DISCIPLINE) 153 10.1.1. ENQ/ACK 153 10.1.2. POLL/SELECT 154 10.2. ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG (FLOW CONTROL) 155 10.2.1. Dừng-đợi: 155 10.2.2. Cửa sổ trượt: 155 10.3. KIỂM TRA LỖI (ERROR CONTROL) 156 10.3.1. ARQ:Automatic Repeat Request 156 10.3.2. Stop and Wait ARQ: 156 10.3.3. Sliding Window ARQ: 157 Trang 4/Tổng số 169 trang
Chương này chỉ để tham khảo thôi CHƯƠNG 2: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Trước khi khảo sát cách truyền dữ liệu từ thiết bị này đến thiết bị khác, một vấn đề quan trọng là ta phải hiểu mối quan hệ giữa các thiết bị thông tin. Có năm khái niệm chung để cung cấp về các mối quan hệ cơ bản giữa các thiết bị thông tin. Đó là: Cấu hình đường dây Tôpô mạng Chế độ truyền Các loại mạng Các kết nối liên mạng 2.1. CẤU HÌNH ĐƯỜNG DÂY Cấu hình đường dây là phương thức để hai hay nhiều thiết bị mắc vào kết nối. Kết nối là đường truyền thông tin vật lý để truyền dữ liệu từ thiết bị này sang thiết bị khác. Để dễ hiểu, hãy xem đường truyền là đường thẳng kết nối hai điểm. Để có thể tạo thông tin, thì hai thiết bị phải được liên kết theo một cách nào đó với đường truyền. Có hai phương thức có thể là: điểm nối điểm và điểm nối nhiều điểm (như hình 1). Cấu hình đường dây nhằm định nghĩa phương thức kết nối thông tin với nhau: 2.1.1. Cấu hình điểm nối điểm (point to point): Cấu hình điểm nối điểm cung cấp kết nối được dành riêng cho hai thiết bị. Toàn dung lượng kênh được dùng cho truyền dẫn giữa hai thiết bị này. Hầu hết cấu hình điểm nối điểm đều dùng dây hay cáp để nối hai điểm, ngoài ra còn có thể có phương thức kế nối qua sóng thí dụ như vi ba hay vệ tinh (xem hình 2). Một thí dụ đơn giản là việc dùng bộ remote để điều khiển TV, tức là ta đã thiết lập kết nối điểm điểm giữa hai thiết bị dùng đường hồng ngoại. 2.1.2. Cấu hình đa điểm (multipoint): Cấu hình điểm nối đa điểm (còn gọi là multipoint hay multidrop) là kết nối nhiều hơn hai thiết bị trên một đường truyền. Trong môi trường kết nối đa điểm, dung lượng kênh được chia sẻ, theo không gian hay theo thời gian; tức là theo cấu hình phân chia theo không gian hay cấu hình phân chia theo thời gian (xem hình3). 2.2. TÔPÔ MẠNG Thuật ngữ tôpô mạng nói đến phương thức mạng được bố trí, về mặt luận lý hoặc vật lý. Có 2 hoặc nhiều thiết bị được kết nối trên một tuyến (kết nối-link); Có 2 hoặc nhiều tuyến tạo ra tôpô. Tôpô của mạng là biểu diễn hình học các mối quan hệ của tất cả các tuyến và thiết bị đang kết nối (thường được gọi là các nút) tới các thiết bị khác. Có 5 dạng tôpô cơ bản là: lưới, sao, cây, bus, và vòng (xem hình 2.4) Tôpô định nghĩa các sắp xếp vật lý hay luận lý của kết nối trong mạng. Năm phương thức vừa nêu mô tả cách mà thiết bị trong mạng được kết nối với nhau hơn là sắp xếp chúng theo vật lý. Thí dụ, khi nói về tôpô sao thì không có nghĩa là các thiết bị phải được sắp xếp vật lý chung quanh hub theo hình sao. Khi Trang 5/ tổng số 169
Chương này chỉ để tham khảo thôi xem xét lựa chọn tôpô thì phải xem xét thêm về cấp bậc liên quan của các thiết bị được kết nối. Có hai quan hệ có thể là: đồng cấp (peer to peer) trong đó thiết bị chia sẻ kết nối ngang hàng với nhau, phương thức sơ cấp-thứ cấp (primary- secondary),ở đó một thiết bị điều khiển lưu thông và các thiết bị còn lại phải truyền qua nó. Tôpô vòng và lưới thường thích hợp với truyền dẫn đồng cấp, trong khi đó tôpô sao và cây thường thích hợp cho truyền dẫn sơ cấp- thứ cấp. Còn tôpô bus thích hợp cho cả hai dạng. 2.2.1. LƯỚI (Mesh): Trong dạng này, mỗi thiết bị có một kết nối điểm đối điểm chuyên dụng (dedicated) tới từng thiết bị còn lại. Một mạng lưới kết nối đầy đủ sẽ có n(n-1)/2 kênh vật lý nhằm kết nối n thiết bị. Nhằm thực hiện được nhiều kết nối dạng này, mỗi thiết bị cần có (n-1) cổng vào/ra (I/O: input/output) như vẽở hình 2.5. Cấu hình lưới có nhiềuưu điểm so với các dạng mạng khác: Thứ nhất, việc sử dụng các kết nối điểm đối điểm chuyên dụng đảm bảo mỗi kết nối chỉ truyền dẫn dữ liệu của riêng mình, nên không xuất hiện vấn đề lưu thông, điều đó có thể xảy raở một tuyến có nhiều thiết bị cùng chia sẻ. Thứ hai, tôpô lưới rất bền vững. Khi một kết nối bị hỏng thì không thểảnh hưởng lên toàn mạng được. Mộtưu điểm nữa là tính riêng tư hay vấn đề an ninh. Khi dùng đường truyền riêng biệt thì chỉ có hai thiết bị trong kết nối dùng được thông tin này, các thiết bị khác không thể truy cập vào kết nối này được. Cuối cùng, kết nối điểm-điểm cho phép phát hiện và tách lỗi rất nhanh. Có thể điều khiển lưu thông để tránh các đường truyền nghi ngờ bị hỏng. Nhà quản lý dễ dàng phát hiện chính xác nơi bị hỏng để nhanh chóng tìm ra nguyên nhân và có biện pháp khắc phục. Khuyết điểm lớn nhất của mạng dạng lưới là số lượng dây và nối dây quá lớn do số cổng I/O, do mỗi thiết bị phải được kết nối với nhau, nên chi phí lắp đặt phần cứng sẽ tăng cao. Do đó, cấu hình lưới chỉ được dùng rất giới hạn, thí dụ như đường trục (backbone) kết nối các máy tính lớn (mainframe) trong một mạng hỗn hợp với nhiều cấu hình khác. Thí dụ 1: Công ty dùng mạng lưới kết nối đủ gồm 8 máy. Tính tổng số cáp phải kết nối, số cổng tại mỗi máy. Giải: Công thức n(n-1)/2 cho ta: Số kết nối n(n-1)/2 = 8(8 – 1)/2 = 28 Số cổng cho mỗi thiết bị: (n-1)= (8 – 1)= 7 2.2.2. SAO (Star): Dạng này mỗi thiết bị có kết nối điểm - điểm với một điều khiển trung tâm, gọi là Hub. Các thiết bị không trực tiếp kết nối với nhau mà phải qua sự điều khiển của hub (xem hình 2.6). Cấu hình saoít tốn kém hơn so với lưới. Trong dạng sao, mỗi thiết bị chỉ cần một kết nối và chỉ cần một cổng I/O dể kết nối với các thiết bị khác. Điều này làm cho việc thiết lập dễ dàng hơn và việc cấu trúc lại mạng cũng đơn giản hơn,ít lắp Trang 6/ tổng số 169
Chương này chỉ để tham khảo thôi đặt dây hơn, việc di chuyển, loại bỏ một thiết bị khỏi mạng cũng dễ dàng hơn do chỉ liên quan đến thiết bị và hub. Mộtưu điểm nữa là tính bền vững cao. Nếu một kết nối hỏng, chỉ có một kết nối bịảnh hưởng, các thiết bị khác vẫn hoạt động bình thường. Điều này cho phép quá trình phát hiện lỗi dễ dàng. Khi hub còn hoạt động, thì nó vẫn có thể được dùng để giám sát bài toán kết nối và loại kết nối hỏng ra khỏi mạng. Tuy nhiên, trong cấu hình này thì mỗi thiết bị vẫn phải có kết nối với hub nên trong mạng này vấn đề nối dây vẫn còn lớn so với một số mạng khác (thí dụ cây, vòng hay bus). 2.2.3. CÂY (Tree): Đây là biến thể của dạng sao, trong đó các nút của cây được kết nối với hub trung tâm để kiểm soát lưu thông trong mạng. Tuy nhiên, không phải tất cả các thiết bị đều được mắc vào hub trung tâm. Phần lớn các thiết bị được nối với hub phụ mà bản thân lại được nối với hub trung tâm như hình 7. Hub trung tâm của cây được gọi là hub tích cực. Một hub tích cực bao gồm bộ lặp (repeater), tạo khả năng mở rộng cự ly của mạng. Hub phụ có thể là tích cực hoặc thụ động, chỉ nhằm cung cấp những kết nối vật lý đơn giản giữa các thiết bị. Ưu điểm và khuyết điểm của topo cây thường là tương tự như dạng sao. Khi thêm vào các hub phụ, làm cho mạng có haiưu điểm. Thứ nhất, cho phép thêm nhiều thiết bị được kết nối với hub trung tâm và có thể tăng cự ly tín hiệu di chuyển trong mạng. Thứ hai, cho phép mạng phân cách và tạo mứcưu tiên của các máy tính khác nhau. Một trong những thí dụ cơ bản là mạng truyền hình cáp, với mức độ rẽ nhánh của mạng từ tổng đài chính và chia ra đến mạng phân phối theo nhiều cấp khác nhau. 2.2.4. BUS: Các dạng mạng vừa nêu đều thích hợp cho cấu trúc điểm- điểm, trong cấu hình bus thì lại là dạng nhiều điểm. Một đường cáp dài được gọi là trục (backbone) nhằm kết nối mọi thiết bị trong mạng (xem hình 8) Các nút được nối với cáp bus thông qua nhánh rẻ (drop line) và điểm nối (tap). Nhánh rẻ là kết nối giữa thiết bị và cáp chính thông qua điểm nối. Khi tín hiệu qua cáp thường bị tổn hao do nhiệt và do yếu tố rẻ nhánh, từ đó có giới hạn về điểm nối má cáp chính có thể hỗ trợ được và cự ly giữa các điểm nối này với nhau. Ưu điểm của cấu hình bus là vấn đề dễ lắp đặt cũng như thay đổi vị trí lắp đặt thiết bị. Khuyết điểm là việc phát hiện và phân cách hỏng hóc. Một bus được thiết kế nhằm để tăng tính hiệu quả trong lắp đặt, tuy nhiên cũng khó gắn thêm thiết bị vào. Các điểm nối có thể tạo tín hiệu phản xạ làm giảm chất lượng tín hiệu truyền trong bus. Yếu tố này có thể được khống chế bằng cách giới hạn số lượng và cự ly thích hợp của các điểm nối hay phải thay thể đường trục. Ngoài ra, khi có lỗi hay đứt cáp thì toàn mạng sẽ bị ngừng truyền dẫn tín Trang 7/ tổng số 169
Chương này chỉ để tham khảo thôi hiệu do vòng bị hỏng có thể tạo sóng phản xạ lên đường trục, tạo nhiễu loạn trên toàn mạng. 2.2.5. VÒNG (Ring): Trong cấu hình này, mỗi thiết bị chỉ nối điểm - điểm với hai thiết bị bên phải và bên trái của nó. Tín hiệu di chuyển trong vòng theo một chiều, từ thiết bị này sang thiết bị khác, cho đến khi đến đích. Mỗi thiết bị trong mạng cũng là một bộ lặp (chuyển tiếp - repeater) như hình 2.9. Mạng vòng thì thường tương đối dễ thiết lập và tái cấu trúc, do mỗi thiết bị chỉ được kết nối với hai thiết bị kề cận (về mặt vật lý cũng như luận lý). Khi thêm một thiết bị thì chỉ phải di chuyển hai kết nối. Điều phải quan tâm là vấn đề môi trường truyền và lưu thông trong mạng (chiều dài mạng tối đa, và số thiết bị trong mạng). Đồng thời, việc phát hiện lỗi cũng tương đối đơn giản. Thông thường trong mạng, tín hiệu di chuyển, khi một thiết bị bị hỏng, thì sẽ xuất hiện tín hiệu báo động, thông báo cho người quản lý mạng về hỏng hóc và vị trí hỏng hóc này. Tuy nhiên, việc di chuyển của tín hiệu trong mạng chỉ theo một chiều là một yếu điểm, khi mạng bị đứt thì toàn mạng sẽ dừng hoạt động, điều này có thể được cải thiện dùng vòng đối ngẫu hay các chuyển mạch để ngắn mạch vùng bị hỏng hóc. Thí dụ 2: Trong thí dụ 1, nếu các thiết bị này lại được mắc theo mạng vòng thay vì sao, cho biết số kết nối cần có: Giải: Để kết nối n thiết bị, ta cần n cáp nối, như thế cần 8 dây nối cho 8 thiết bị 2.2.6. TÔPÔ HỖN HỢP (Hybrid Topologies): Kết hợp cấu hình nhiều mạng con để thành một mạng lớn như hình 10. 2.3. CHẾ ĐỘ TRUYỀN DẪN Thuật ngữ này nhằm định nghĩa chiều lưu thông của tín hiệu giữa hai thiết bị đượ kết nối với nhau. Có 3 dạng: đơn công (simplex), bán song công (half-duplex) và song công (full-duplex) như hình 2.11. 2.3.1. Đơn công (simplex): Thông tin một chiều, một chỉ phát và một chỉ thu như hình 2.12. Bán song công (half-duplex): Hai chiều nhưng mỗi lần chỉ thực hiện một chức năng, nếu phát thì không thu và nếu thu thì không phát (hình 2.13). Song công (full-duplex): Hai chiều đúng nghĩa (hình 2.14). 2.4. CÁC DẠNG MẠNG Hiện nay, khi nói đến mạng thì người ta nghĩ ngay đến: mạng cục bộ (LAN; local area network), mạng MAN (metropolitain area network) và mạng WAN (wide area network) như hình 2.15. 2.4.1. Mạng LAN: Ban đầu được dùng kết nối các thiết bị trong một văn phòng nhỏ, một tòa nhà, hay khuôn viên trường đại học (xem hình 2.16). Tuy theo nhu cầu, mạng LAN Trang 8/ tổng số 169
Chương này chỉ để tham khảo thôi có thể chỉ gồm hai máy tính và một máy in trong một văn phòng, cho đến việc mở rộng với nhiều văn phòng và các thiết bị thoại, hìnhảnh và ngoại vị khác. Hiện nay, cự ly của mạng LAN thường giới hạn trong khoảng vài km. LAN được thiết kế cho phép chia sẻ tài nguyên giữa các máy tính và máy chủ. Tài nguyên này có thể là phần cứng (thí dụ máy in) hay phần mềm (các chương trình ứng dụng) và dữ liệu. Ngoài kích thước thì mạng LAN còn phân biệt với các mạng khác từ phương pháp cấu hình mạng cũng như môi trường truyền dẫn.Thông thường, trong mạng LAN chỉ dùng một môi trường truyền dẫn. Cấu hình thường dùng la bus, vòng và sao. Tồc độ truyền dẫn từ 4 đến 16 Mbps trong các mạng LAN truyền thống, hiện nay tốc độ này có thể lên đến 100 Mbps với hệ thống có thể lên đến tốc độ gigabit. 2.4.2. Mạng MAN: Được thiết kế để hoạt động trong toàn cấp thành phố, nó có thể là một mạng như mạng truyền hình cáp, hay có thể là mạng kết nối nhiều mạng LAN thành mạng lớn hơn, như hình 2.17. 2.4.3. Mạng WAN: Cung cấp truyền dẫn dữ liệu, hìnhảnh, thoại, và video trong diện rộng bao gồm quốc gia, lục địa và toàn cầu (hình 2.18). 2.5. LIÊN MẠNG Khi kết nối nhiều mạng, ta có kết nối liên mạng (internetwork hay internet). Chúý là internet này không phải là Internet là một dạng mạng toàn cầu đặc biệt, xem hình 2.19. Trang 9/ tổng số 169
Chương này chỉ để tham khảo thôi TỪ KHÓA Và ý NIỆM CƠ BẢN - Active hub - Backbone - Bus toppology - Duplex mode - Full – duplex mode - Half – duplex - Hub - Hybrid topology - internet (internetwork) - Internet - Line configuration - Link - Local area network (LAN) - Mesh topology - Metropolitain area network (MAN) - Multidrop line configuration - Multipoint line configuration - Node - Passive hub - Peer – to – peer relationship - Point – to – point line configuration - Primary – secondary relationship - Ring topology - Simplex mode - Star topology - Topology - Tree topology - Wide area network (WAN) Trang 10/ tổng số 169
Chương này chỉ để tham khảo thôi TÓM TẮT * Cấu hình đường dây là quan hệ giữa các thiết bị thông tin với đường truyền thông tin. - Trong cấu hình điểm nối điểm, chỉ có hai thiết kết nối với nhau mà thôi. - Trong cấu hình nhiều điểm, ba hay nhiều thiết bị được kết nối với nhau. * Tôpô là phương thức sắp xếp vậtý hay luận lý trong mạng. Các thiết bị có thể được bố trí thành dạng lưới, sao, cây, bus, vòng và hổn hợp. * Có ba phương thức truyền dẫn thường gặp là: đơn công, bán song công và song công. - Truyền dẫn đơn công chỉ đi theo một chiều mà thôi. - Truyền dẫn bán song công thì theo hai chiều, nhưng mỗi lần chỉ có một việc (phát thì không thu, và ngược lại). - Song công là hai chiều thu phát cùng một lúc. * Các mạng được chia thành: LAN, MAN và WAN. LAN: mạng cục bộ. MAN: mạng trong một thành phố. WAN: mạng toàn cầu. Trang 11/ tổng số 169
Chương này chỉ để tham khảo thôi PHẦN LUYỆN TẬP Câu hỏiôn tập: 1. Có bao nhiêu phương pháp tôpô trong cấu hình đường dây? 2. Định nghĩa ba chế độ truyền dẫn? 3. Cho biếtưu điểm của các dạng cấu hình mạng? 4.ưu điểm của phương pháp nhiều điểm so với điểm - điểm? 5. Cho biết các yếu tố cơ bản nhằm xác định các hệ thống thông tin là LAN, MAN hay WAN. 6. Cho biết hai dạng cấu hình đường dây? 7. Cho biết 5 dạng tôpô mạng? 8. Phân biệt giữa quan hệ đồng cấp và quan hệ sơ cấp - thứ cấp? 9. Trình bày các khuyết điểm của các tôpô mạng? 10. Trình bày công thức tính số dây nối cần thiết để thiết lập lưới, sao, cây, bus và hỗn hợp? 11. Phân loại 5 tôpô mạng theo cấu hình đường dây? 12. Có n thiết bị trong mạng, cho biết số dây nối cần thiết để thiết lập lưới, sao, cây, bus và hỗn hợp? 13. Khác biệt giữa hub trung tâm và hub phụ là gì? Giữa hub tích cực và hub thụ động là gì? Chúng quan hệ với nhau như thế nào? 14. Yếu tố giới hạn kích thước mạng bus là gì? 15. Trình bày phương pháp phát hiện hỏng hóc về cáp nối trong các tôpô mạng? 16. Kết nối liên mạng là gi? Internet là gì? CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM 1. Cho biết topo mạng nào cần có bộ điều khiển trung tâm hay hub: a. Lưới b. Sao c. Bus d. Vòng 2. Topo nào có kết nối nhiều điểm: a. Lưới b. Sao c. Bus d. Vòng 3. Cho biết dạng kết nối thông tin giiữa bàn phím và máy tính là: a. Đơn công b. Bán song công c. Song công d. Tự động 4. Mạng có 25 máy tính, cho biết tôpô nào có nối dây nhiều nhất: a. Lưới b. Sao c. Bus d. Vòng Trang 12/ tổng số 169
Chương này chỉ để tham khảo thôi 5. Mạng cây là biến thể của mạng a. Lưới b. Sao c. Bus d. Vòng 6. Truyền hình là một thí dụ về phương thức truyền dẫn a. Đơn công b. Bán song công c. Song công d. Tự động 7. Cho biết dạng tôpô mạng nào mà khi có n thiết bị, mỗi thiết bị cần thiết phải có (n - 1) cổng I/O: a. Lưới b. Sao c. Bus d. Vòng 8. Dạng kết nối nào chỉ định kết nối giữa hai thiết bị: a. Điểm - điểm b. Nhiều điểm c. Sơ cấp d. Thứ cấp 9. Trong dạng kết nối nào mà nhiều hơn hai thiết bị chia sẻ đường truyền a. Điểm - điểm b. Nhiều điểm c. Sơ cấp d. Thứ cấp 10. Trong dạng truyền dẫn nào mà dung lượng kênh truyền được chia sẻ với tất cả các thiết bị trong mỗi thời gian a. Đơn công b. Bán song công c. Song công d. Tất cả sai 11. Nhà xuất bản MacKenzie Publishing, với tổng hành dinh đặt tại London và nhiều văn phòng đặt tại Châuá, Âu, Nam Mỹ, có thể đã được kết nối dùng mạng: a. LAN b. MAN c. WAN d. Tất cả đều sai 12. Văn phòng công ty A có hai máy tính kết nối với một máy in, như thế họ dùng mạng: a. LAN b. MAN c. WAN Trang 13/ tổng số 169
Chương này chỉ để tham khảo thôi d. Tất cả đều sai 13. Cho biết dạng tôpô mạng thích hợp với cấu hình điểm - điểm: a. Lưới b. Vòng c. Sao d. Tất cả đều đúng 14. Trong dạng kết nối nào mà đường truyền chỉ dùng cho hai thiết bị a. Sơ cấp b. Thứ cấp c. Chỉ định d. Tất cả đều sai 15. Trong tôpô mạng lưới, quan hệ giữa một thiết bị với một thiết bị là: a. Sơ cấp đến đồng cấp b. Đồng cấp đến sơ cấp c. Sơ cấp đến thứ cấp d. Đồng cấp 16. Trong tôpô mạng nào mà khi cáp đứt thì mạng ngừng hoạt động a. Lưới b. Cây c. Bus d. Sao 17. Một mạng dùng nhiều hub thì có cấu hình dạng a. Lưới b. Cây c. Bus d. Sao 18. Trong mạng nào thì tính riêng tư và vấn đề bảo mật thông tin yếu nhất: a. Lưới b. Cây c. Bus d. Sao Trang 14/ tổng số 169
Chương này chỉ để tham khảo thôi BÀI TẬP 1. Giả sử có 6 thiết bị được kết nối theo mạng lưới: có bao nhiêu cáp cần để thiết lập mạng? mỗi thiết bị cần bao nhiêu cổng I/O? 2. Cho biết tôpô mạng trong hình 2.20: 2. Cho biết tôpô mạng trong hình 2.20: Hình 2.20 3. Cho biết tôpô mạng trong hình 2.21: Hình 2.21 4. Cho biết tôpô mạng trong hình 2.22: Hình 2.22 5. Cho biết tôpô mạng trong hình 2.23: Hình 2.23 6. Cho biết tôpô mạng trong hình 2.24: Hình 2.24 7. Trong hình 2.25, cho biết mạng nào có dạng vòng: Hình 2.25 8. Trong bốn dạng mạng sau, cho biết hậu quả nếu kết nối hỏng: a. Năm thiết bị kết nối theo dạng lưới b. Năm thiết bị kết nối theo dạng sao (không tính hub) c. Năm thiết bị kết nối theo dạng bus d. Năm thiết bị kết nối theo dạng vòng 9. Vẽ mạng hỗn hợp có trục là mạng sao và 3 mạng vòng. 10. Vẽ mạng hỗn hợp có trục là mạng vòng và 2 mạng bus. 11. Vẽ mạng hỗn hợp có trục là mạng bus kết nối với hai mạng trục là mạng vòng. Mỗi mạng vòng nối 3 mạng sao. 12. Vẽ mạng hỗn hợp có trục chính là mạng sao kết nối với hai mạng trục là mạng bus. Mỗi mạng bus nối 3 mạng vòng. 13. Một mạng gồm 4 máy tính, nếu chỉ còn bốn đoạn cáp nối, thử cho biết dạng mạng thích hợp nhất trong trường hợp này? 14. Giả sử muốn thêm hai thiết bị mới vào trong một mạng hiện hữu với 5 thiết bị, Khi dùng mạng lưới thì cần bao nhiêu cáp nối? Khi dùng mạng vòng thì cần bao nhiêu cáp nối? 15. Năm máy tính được kết nối theo cấu hình nhiều điểm, cáp chỉ có thể truyền 100.000bps. Nếu tất cả các máy tính đều có dữ liệu cần gửi, cho viết tốc độ trung bình của mỗi máy tính là bao nhiêu? 16. Khi dùng điện thoại kết nối với thuê bao khác, cho biết lúc này là kết nối điểm - điểm hay nhiều điểm? giải thích? 17. Cho biết các phương thức truyền dẫn thích hợp nhất (đơn công, bán song công và song công) trong các trường hợp sau: 1. Máy tính với màn hình 2. Đàm thoại giữa 2 người 3. Đài truyền hình Trang 15/ tổng số 169
Các nhóm 3, 13, 23 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào Chương 3: MÔ HÌNH OSI Tổ chức ISO (International Standard Organization) được thiết lập từ năm 1947 là cơ quan quốc tế nhằm đề ra các tiêu chuẩn cho toàn thế giới. Một tiêu chuẩn ISO bao trùm tất cả các yếu tố thông tin mạng được gọi là mô hình OSI (Open Systems Interconnection). Gọi là hệ thống mở, là mô hình hai hệ thống khác nhau có thể thông tin với nhau bất kể kiến trúc mạng của chúng ra sao. Mục đích của mô hình OSI là mở rộng thông tin giữa nhiều hệ thống khác nhau mà không đòi hỏi phải có sự thay đổi về phần cứng hay phần mềm đối với hệ thống hiện hữu. Mô hình OSI không phải là giao thức (protocol) mà là mô hình giúp hiểu biết và thiết kế kiến trúc mạng một cách mềm dẻo, bền vững và dễ diễn đạt hơn. ISO là tổ chức còn OSI là mô hình. 3.1. MÔ HÌNH OSI: Mô hình OSI là một khung sườn phân lớp để thiết kế mạng cho phép thông tin trong tất cả các hê thống máy tính khác nhau. Mô hình này gổm bảy lớp riêng biệt nhưng có quan hệ với nhau, mỗi lớp nhằm định nghĩa một phân đoạn t rong quá trình di chuyển thông tin qua mạng (như hình 3.1). Tìm hiểu về mô hình OSI sẽ cung cấp cơ sở cho ta để khám phá việc truyền số liệu. Application 7 Presentation 6 Session 5 Transport 4 Network 3 Data link 2 Physical 1 Hình 3.1 3.1.1. KIẾN TRÚC LỚP: Mô hình OSI được cấu tạo từ 7 lớp: lớp vật lý (lớp 1), lớp kết nối dữ liệu (lớp 2), lớp mạng (lớp 3), lớp vận chuyển (lớp 4) lớp kiểm soát kết nối (lớp 5), lớp biểu diễn (lớp 6) và lớp ứng dụng (lớp 7). Hình 3.2 minh họa phương thức một bản tin được gửi đi từ thiết bị A đến thiết bị B. Trong quá trình di chuyển, bản tin phải bản dịch chịu trách nhiệm gồm Đạt, Huế và Thịnh trưởng Chương này nhóm đi qua nhiều nút trung gian. Các nút trung gian này thường nằm trong ba lớp đầu tiên trong mô hình OSI. Khi phát triển mô hình, các nhà thiết kế đã tinh lọc quá trình tìm kiếm dữ liệu thành các thành phần đơn giản nhất. Chúng xác định các chức năng kết mạng được dùng và gom chúng thành các nhóm riêng biệt gọi là lớp. Mỗi lớp định nghĩa một họ các chức năng riêng biệt so với lớp khác. Thông qua việc định nghĩa và định vị các chức năng theo cách này, người thiết kế tạo ra được một kiến trúc vừa mềm dẻo, vừa dễ hiểu. Quan trọng hơn hết, mô hình OSI cho phép có được tính minh bạch (transparency) khi so sánh với các hệ thống tương thích. Application 7 Presentation 6 Trang 16/ tổng số 169
Các nhóm 3, 13, 23 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào Session 5 Transport 4 Network 3 Data link 2 Physical 1 7-6 interface 6-5 interface 5-4 interface 4-3 interface 3-2 interface 2-1 interface Application Presentation Session Transport Network Data link Physical 7-6 interface 6-5 interface 5-4 interface 4-3 interface 3-2 interface 2-1 interface 7 6 5 4 3 2 1 Data link Network2 bản dịch chịu trách nhiệm gồm Đạt, Huế và Thịnh trưởng Chương này nhóm Data link Physical Physical Physical communication Physical communication Link Link Intermediate node Device B Device Trang 17/ tổng số 169
Các nhóm 3, 13, 23 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào A Hình 3.2 Có một phương pháp để nhớ tên các lớp (theo dạng tiếng Anh) dùng cho mô hình OSI là: Please Do Not Touch Steve’s Pet Alligator (Physical, Data Link, Network, Transport, Session, Presentation, Application). 3.1.2. CÁC QUÁ TRÌNH ĐỒNG CẤP: Trong một máy tính đơn, mỗi lớp gọi dịch vụ của lớp ngay phía dưới. Thí dụ, lớp 3, dùng các dịch vụ của lớp 2 và cung cấp dịch vụ cho lớp 4. Giữa các máy tính với nhau thì lớp x của một máy phải thông tin với lớp x của máy kia, thông qua một chuỗi các luật và quiước được gọi là giao thức (protocole). Quá trình để mỗi máy thông tin với nhau tại một lớp được gọi là quá trình đồng cấp (peer to peer processes). Thông tin giữa các máy là quá trình đồng cấp dùng giao thức thích hợp cho lớp này. Trong lớp vật lý, thông tin trực tiếp hơn: Máy A gửi một dòng bit đến máy B. Trong các lớp cao hơn, thì thông tin này phải di chuyển xuống qua các lớp của máy A, để đi đến máy B, và tiếp tục đi lên đến lớp cần thiết. Mỗi lớp trong máy phát tin gắn thêm vào bản tin vừa nhận thông tin riêng của mình và chuyển nguyên gói lên lớp phía trên. Thông tin thêm vào này được gọi là header và trailer (là các thông tin được thêm vào tại phần đầu và phần cuối của phần dữ liệu). Header được thêm vào tại lớp 6, 5, 4, 3, và 2. trailer được thêm vào trong lớp 2. Header được thêm vàoở lớp 6, 5, 4, 3, và 2. Trailer thường chỉ được thêm vàoở lớp 2. Tại lớp 1, trọn gói dữ liệu được chuyển thành dạng có thể chuyển được đến máy thu. Tại máy thu, bản tin này được trải ra từng lớp, với mỗi quá trình nhận và lấy thông tin ra. Thí dụ, lớp 2 gở ra các thông tin của mình, và chuyển tiếp phần còn lại lên lớp 3. Tương tự, lớp 3 gỡ phần của mình và chuyển tiếp sang lớp 4, và cứ thế tiếp tục. 3.1.3. GIAO DIỆN GIỮA CÁC LỚP Việc chuyển dữ liệu và thông tin mạng đi xuống qua các lớp của máy phát và đi ngược lên qua các lớp của máy thu được thực hiện nhờ có phần giao diện của hai lớp cậ n kề nhau. Mỗi giao diện định nghĩa thông tin và các dịch vụ mà lớp bản dịch chịu trách nhiệm gồm Đạt, Huế và Thịnh trưởng Chương này nhóm phải cung cấp cho lớp trên nó, Các giao diện được định nghĩa tốt và các chức năng lớp cung cấp tính modun cho mạng. Miễn sao một lớp vẫn cung cấp các dịch vụ cần thiết cho các lớp trên nó, việc thực thi chi tiết của các chức năng này có thể được thay đổi hoặc thay thế không đòi hỏi thay thế các lớp xung quanh. 3.1.4. TỔ CHỨC CÁC LỚP Bảy lớp có thể được xem như là thuộc ba nhóm con sau: Lớp 1, 2, 3 - lớp vật lý, kết nối dữ liệu và mạng: là nhóm con các lớp hỗ trợ mạng, nhằm giải quyết các yếu tố vật lý và di chuyển dữ liệu từ một thiết bị này sang một thiết bị khác (như các đặc tính điện học, kết nối vật lý, định địa chỉ vật lý và thời gian truyền cũng như độ tin cậy). Lớp 5, 6, và 7: lớp kiểm soát kết nối, biểu diễn vàứng dựng có thể Trang 18/ tổng số 169
Các nhóm 3, 13, 23 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào được xem là nhóm con các lớp hỗ trợ user; chúng cho phép khả năng truy cập đến nhiều hệ thống phần mềm. Lớp 4: lớp vận chuyển, bảo đảm tính tin cậy cho việc truyền dẫn end to end (hai đầu mút) trong khi đó lớp 2 đảm bảo tính tin cậy trên một đường truyền đơn. Các phía trên của mô hình OSI hầu như luôn luôn thực thi trong phần mềm; các lớp bên dưới được thực thi kết hợp phần cứng và phần mềm, trừ lớp vật lý hầu như là thuộc phần cứng. Hình 3.3 minh họa tổng thể về các lớp OSI, dữ liệu L7 tức là lớp đơn vị dữ liệu của lớp 7, dữ liệu L6 là đơn vị dữ liệu của lớp 6, và tiếp tục. Quá trình bắt đầu từ lớp 7 (lớp ứng dụng), rồi đi xuống dần theo thứ tự. Tại mỗi lớp (trừ lớp 7 và lớp 1), header được thêm vào đơn vị dữ liệu. Tại lớp 2, trailer được thêm vào. Sau đó format này của dữ liệu được chuyển thành tín hiệu điện từ trường và vận chuyển theo đường truyền vật lý. Sau khi đến đích, tín hiệu đi qua lớp 1 và được chuyển đổi thành các bit. Đơn vị dữ liệu lúc này di chuyển ngược lên các lớp OSI. Khi mỗi block dữ liệu này đến lớp kế tiếp thì các header và trailer tươngứng được gở bỏ đi, để thực thiện yêu cầu theo chức năng của lớp này. Khi đến lớp 7, bản tin có dạng thích hợp cho ứng dụng và sẳn sàng cho người nhận. 3.2. CHỨC NĂNG CỦA CÁC LỚP Phần này trình bày ngắn gọn chức năng của từng lớp trong mô hình OSI. 3.2.1. LỚP VẬT LÝ: Điều phối các chức năng cần thiết để truyền dòng bit đi qua môi trường vật lý. Quan tâm đến các tính chất cơ học và điện học của giao diện và môi trường truyền. Lớp cũng định nghĩa các thủ tục và chức năng mà thiết bị vật lý và giao diện phải thực hiện khi truyền. Hình 4 minh họa vị trí của lớp vật lý trong môi trường truyền và lớp kết nối dữ liệu. Hình 3.4 s Lớp vật lý có các chức năng sau: Đặc tính vật lý của giao diện và môi trường truyền: lớp vật lý định nghĩa các đặc tính của giao diện giữa các thiết bị và môi trường truyền. Ngoài ra, lớp còn định nghĩa dạng của môi trường truyền. Biểu diễn các bit: Dữ liệu lớp vật lý bao gồm dòng các bit (chuỗi các giá trị 0 và 1) mà không cần phải phiên dịch. Để truyền dẫn thì các bit này phải được mã hóa thành tín hiệu - điện hay quang. Lớp vật lý định nghĩa dạng mã hóa (phương thức các giá trị 0 và 1 được chuyển đổi thành tín hiệu). bản dịch chịu trách nhiệm gồm Đạt, Huế và Thịnh trưởng Chương này nhóm Tốc độ dữ liệu: hay tốc độ truyền - số bit được truyền đi trong một giây. Nói cách khác, lớp vật lý định nghĩa độ rộng mỗi bit. Đồng bộ các bit: Máy phát và máy thu cần được đồng bộ hóa theo cấp độ bit. Nói cách khác, đồng hồ của máy phát và máy thu phải được đồng bộ hóa. Cấu hình đường dây: Lớp vật lý còn giải quyết phương thức thiết bị được nối với môi trường. Trong cấu hình điểm - điểm, hai thiết bị được nối với nhau qua kết nối được chỉ định. Trong cấu hình điểm nối nhiều điểm, một kết nố i được chia xẻ cho nhiều thiết bị Tôpô vật lý: định nghĩa phương thức kết nối thiết bị để tạo thành mạng. Thiết bị có thể được nối theo lưới, sao, cây, vòng hay bus. Chế độ truyền: lớp vật lý định nghĩa chiều truyền dẫn giữa hai thiết bị: Trang 19/ tổng số 169
Các nhóm 3, 13, 23 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào đơn công, bán song công hay song công. Trong chế độ đơn công (simplex) chỉ có thông tin một chiều, trong bán song công (half duplex) hai thiết bị có thể nhận và gửi nhưng không đồng thời. Trong chế độ song công (full duplex) hai thiết bị có thể gửi và nhận đồng thời. 3.2.2. LỚP KẾT NỐI DỮ LIỆU: Lớp kết nối dữ liệu chuyển các dữ liệu thô từ lớp vật lý thành dữ liệu có độ tin cây cao hơn và có thể chuyển giao từ nút đến nút. Điều này làm cho lớp vật lý có vẽ như là không có lỗi về khi chuyển lên lớp trên (lớp mạng). Hình 5 cho thấy quan hệ của lớp kết nối dữ liệu với lớp mạng và lớp vật lý. Lớp kết nối dữ liệu có các đặc tính sau: Tạo khung (framing): lớp điều khiển kết nối chia dòng bit nhận được thành các đơn vị dữ liệu quản lý được gọi là khung (frame). Định địa chỉ vật lý: nếu frame được phân phối đến nhiều hệ thống trong mạng, thì lớp kết nối dữ liệu thêm vào frame một header để định nghĩa địa chỉ vật lý của nơi phát (địa chỉ nguồn) và/hay nơi nhận (địa chỉ đích). Nếu frame nhằm gửi đến hệ thống ngoài mạng của nguồn phát, thì địa chỉ nơi nhận là địa chỉ của thiết bị nối với mạng kế tiếp. Điều khiển lưu lượng: nếu tốc độ nhận dữ liệu của máy thu bé hơn so với tốc độ của máy phát, thì lớp kết nối dữ liệu tạo cơ chế điều khiển lưu lượng tránh quá tải của máy thu Kiểm tra lỗi: lớp kết nối dữ liệu thêm khả năng tin cậy cho lớp vật lý bằng cách thêm cơ chế phát hiện và gửi lại các frame bị hỏng hay thất lạc. Đồng thời, cũng tạo cơ chế tránh gửi trùng các frame. Kiểm tra lỗi thường được thực hiện nhờ trailer được thêm vàoở phần cuối của frame. Điều khiển truy cập: khi hai hay nhiều thiết bị được kết nối trên cùng một đường truyền, cần có giao thức của lớp kết nối dữ liệu để xác định thiết bị nào nắm quyền trên kết nối tại một thời điểm. Hình 3.6 Hình 3.6 vẽ nút có địa chỉ vất lý là 10 đến địa chỉ 87. Hai nút được kết nối bằng một kết nối. Trong mức kết nối dữ liệu frame này chứa địa chỉ vật lý đặt tại header. Phần còn lại trong header chứa các thông tin cần thiết cho mức mày. Trailer thường chứa các bit phụ nhằm kiểm tra lỗi. 3.2.3. LỚP MẠNG: bản dịch chịu trách nhiệm gồm Đạt, Huế và Thịnh trưởng Chương này nhóm Nhằm chuyển giao từ nguồn đến đích một gói (packet) có thể đi qua nhiều mạng khác nhau, lớp mạng cho phép chuyển giao gói này đi được từ một điểm nguồn đến điểm đích cuối cùng (có thể khác mạng). Nếu hai hệ thống được kết nối cùng mạng, thì không cần thiết phải có lớp mạng. Tuy nhiên, khi hai thiết bị nàyở hai mạng khác nhau, thì cần có lớp mạng để thực hiện giao nhận nguồn – đích này. Hình 3.7 cho thấy quan hệ giữa lớp mạng và lớp kết nối dữ liệu và lớp vận chuyển. Hình 3.7 Các đặc tính của lớp mạng là: Định địa chỉ luận lý: địa chỉ vật lý do lớp kết nối dữ liệu chỉ giải quyết Trang 20/ tổng số 169
Các nhóm 3, 13, 23 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào được vấn đề định địa chỉ cục bộ. Nếu gói dữ liệu đi qua vùng biên của mạng, thì nhất thiết phải có thêm một hệ thống định địa chỉ khác giúp phân biệt giữa hệ thống nguồn và hệ thống đích. Lớp mạng thêm header vào gói từ lớp trên xuống, trong đó chứa địa chỉ luận lý của nơi gửi và nơi nhận. Định tuyến (routing): khi nhiều mạng độc lập được nối với nhau để tạo ra liên mạng (mạng của mạng) hay một mạng lớn hơn, thì thiết bị kết nối là bộ định tuyến (router hay gateways) được dùng để chuyển đường đi được đến đích, lớp mạng được thiết lập cho mục tiêu này. Thí dụ 2: xem hình 3.8 Hình 3.8 Ta cần gửi dữ liệu từ nút với mạng có địa chỉ A và địa chỉ vật lý là 10, nằm trong mạng nội bộ LAN, đến một nút với mạng có địa chỉ P và địa chỉ vật lý là 95, trong một mạng nội bộ khác. Do hai thiết bị nằm ở hai mạng khác nhau, ta không thể chỉ dùng địa chỉ vật lý; nên nhất thiết phải có thêm địa chỉ luận lý. Điều cần ở đây là phải có một địa chỉ vạn năng có thể dùng qua khỏi mạng cục bộ. Địa chỉ (luận lý) của mạng phải có được đặc tính này. Gói nằm trong lớp mạng chứa địa chỉ luận lý, tuy tương tự cho nguồn nguy thủy và đích (tức là A và P). Các địa chỉ này sẽ không đổi khi đi từ mạng này sang mạng khác. Tuy nhiên, địa chỉ vật lý sẽ thay đổi khi gói được di chuyển từ mạng này sang mạng khác. Ký hiệu hình hộp R được dùng để chỉ bộ định tuyến (router). 3.2.4. LỚP VẬN CHUYỂN: Lớp vận chuyển nhằm chuyển toàn bản tin từ nguồn đến đích (end to end). Khi lớp mạng nhận ra việc chuyển end to end của một gói riêng, lớp không nhận ra bất kỳ quan hệ nào giữa các gói này. Lớp sẽ xử lý các gói riêng biệt, vì cho rằng các gói này thuộc vào các bản tin riêng biệt, cho dù phải hay không phải đi nữa. Mặt khác, lớp vận chuyển bảo đảm là toàn bản tin đều đến là nguyên vẹn và theo thứ tự, bỏ qua việc kiểm tra lỗi, và điều khiển lưu lượng tại cấp nguồn đến đích. Hình 3.9 minh họa quan hệ giữa lớp vận chuyển với lớp mạng và lớp kiểm soát kết nối Để tăng cường tính an ninh, lớp vận chuyển có thể tạo một kết nối giữa hai cảng cuối. Kết nối là một đường nối luận lý giữa nguồn và đích liên quan đến mọi gói trong bản tin. Việc tạo kết nối bao gồm ba bước: thiết lập kết nối, chuyển dữ liệu, và nhả kết nối. Thông qua việc xác nhận việc truyền dẫn tất cả mọi gói trên một đường, lớp vận chuyển kiểm soát thêm được lên trình tự truyền, lưu lượng, bản dịch chịu trách nhiệm gồm Đạt, Huế và Thịnh trưởng Chương này nhóm phát hiện và sửa lỗi. Hình 3.9 Các đặc tính cơ bản của lớp vận chuyển bao gồm: Định địa chỉ điểm dịch vụ (service-point addressing): Một máy tính thường chạy nhiều chương trình trong cùng một lúc. Vì thế, chuyển giao nguồn – đích không có nghĩa là từ một máy tính đến máy khác mà còn từ những quá trình đặc thù (chạy chương trình) lên các chương trình khác. Như thế header của lớp vận chuyển phải bao gồm một dạng địa chỉ đặc biệt là gọi là địa chỉ điểm dịch vụ (service -point addressing) hay còn gọi là địa chỉ cổng. Lớp mạng lấy mỗi gói đến đúng từ máy tính, lớp vận chuyển lấy toàn bản tin đến đúng quá trình của máy tính đó. Trang 21/ tổng số 169
Các nhóm 3, 13, 23 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào Phân đoạn và hợp đoạn: Một bản tin được chia thành nhiều phân đoạn truyền đi được, mỗi phân đoạn mang số chuỗi. Các số này cho phép lớp vận chuyển tái hợp đúng bản tin khi đến đích để có thể nhận dạng và thay thế các gói bị thất lạc trong khi truyền dẫn. Điều khiển kết nối: Lớp vận chuyển có thể theo hướng kết nối hay không kết nối. Lớp vận chuyển theo hướng không kết nối xử lý mỗi phân đoạn như là gói độc lập và chuyển giao đến lớp vận chuyển của máy đích. Lớp vận chuyển theo hướng kết nối tạo kết nối với lớp vận chuyển của máy đích truớc khi chuyển giao gói. Sau khi chuyển xong dữ liệu, thì kết thúc kết nối. Điều khiển lưu lượng: Tương tự như trong lớp kết nối dữ liệu, lớp vận chuyển có nhiệm vụ điều khiển lưu lượng. Tuy nhiên, điều khiển lưu lượng trong lớp này được thực hiện bằng cách end to end thay vì kết nối đơn. Kiểm tra lỗi: Tương tự như lớp kết nối dữ liệu, lớp vận chuyển cũng có nhiệm vụ kiểm tra lỗi. Tuy nhiên, kiểm tra lỗi trong lớp này được thực hiện bằng cách end to end thay vì kết nối đơn. Lớp vận chuyển của máy phát bảo đảm là toàn bản tin đến lớp vận chuyển thu không bị lỗi (hỏng hóc, thất lạc hay trùng lắp). Việc sửa lỗi thường được thực hiện trong qua trình truyền lại. Thí dụ 3: hình 3.10 Hình 3.10 Dữ liệu đến từ lớp trên địa chỉ service-point (port) là j và k (j là địa chỉ của ứng dụng gửi và k là địa chỉ của ứng dụng thu). Do kích thước của dữ liệu lớn hơn khả năng của lớp mạng, nên dữ liệu được chia thành hai gói, mỗi gói vẫn còn giữa địa chỉ điểm dịch vụ (j và k). Nên trong lớp mạng, địa chỉ mạng (A và P) được thêm vào mỗi gói. Các gói sẽ di chuyển theo các đường khác nhau và đến đích theo hay không theo thứ tự. Hai gói được chuyển giao đến lớp mạng đích, có nhiệm vụ gở bỏ header lớp mạng. Hai gói được chuyển tiếp sang lớp vận chuyển, được tái hợp để chuyển giao lên lớp trên. 3.2.5. LỚP KIỂM SOÁT KẾT NỐI: Các dịch vụ do ba lớp đầu (vật lý, kết nối dữ liệu, và lớp mạng) đôi khi chưa đủ cho một số quá trình. Lớp kiểm soát là lớp điều khiển đối thọai. Lớp này thiết lập, duy trì, và đồng bộ hóa yếu tố tương tác giữa các hệ thống thông tin. Các chức năng đặc biệt của lớp kiểm soát là: Điều khiển kết nối: Lớp kiểm soát cho phép hai hệ thống đi vào đối thoại. Lớp cho phép thông tin giữa hai quá trình bán song công hay song công. Thí dụ đối bản dịch chịu trách nhiệm gồm Đạt, Huế và Thịnh trưởng Chương này nhóm thoại giữa đầu cuối kết nối với máy chủ là bán song công. Đồng bộ: Lớp kiểm soát cho phép quá trình thêm các checkpoint (điểm đồng bộ) vào trong dòng dữ liệu. Thí dụ, một hệ thống gửi một file gồm 2000 trang, nên chèn vào checkpoint sau mỗi 100 trang đề bảo đảm mỗi đơn vị 100 trang được nhận và xác nhận một cách độc lập. Trong trường hợp này, nếu truyền dẫn bị đứt vào trang 523, thì việc truyền lại chỉ bắt đầu vào trang 501, không cần truyền lại các trang từ 1 đến 500. Hình 3.11 minh họa quan hệ giữa lớp kiểm soát với lớp vận chuyển và lớp trình bày. 3.2.6. LỚP TRÌNH BÀY: Trang 22/ tổng số 169
Các nhóm 3, 13, 23 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào Lớp trình bày giải quyết các vấn đề về cú pháp (syntax) và ngữ nghĩa (sematic) của thông tin trao đổi của hai hệ thống. Hình 3.12 cho thấy quan hệ giữa lớp trình bày với lớp ứng dụng và lớp kiểm soát. Hình 3.11 Các nhiệm vụ cơ bản của lớp là: Biên dịch (translation): Các quá trình (chương trình đang chạy) của hai hệ thống thường trao đổi thông tin theo dạng chuỗi các ký tự, số, v.v Thông tin này nhất thiết phải được chuyển sang dòng bit trước khi được gửi đi. Do các máy tính khác nhau thường dùng các phương pháp mã hóa khác nhau, nên lớp trình bày có nhiệm vụ vận hành chung trong hai hệ thống này. Lớp trình bày tại máy phát thay đổi dạng thông tin từ dạng của máy phát (sender - depending) sang dạng thông thường. Tại máy thu, thì lớp trình bày chuyển dạng thông thường thành dạng của máy thu (receiving depending). Mã khóa (encryption): Để mang các thông tin nhạy cảm, hệ thống phải có khả năng bảo đảm tính riêng tư. Mã khóa là quá trình mà máy phát chu yển đổi thông tin gốc thành dạng khác và gửi đi bản tin đi qua mạng. Giải mã khóa (decryption) là quá trình ngược lại nhằm chuyển bản tin trở về dạng gốc. Nén: Nén dữ liệu nhằm giảm thiểu số lượng bit để truyền đi. Nén dữ liệu ngày càng trở nhên quan trọng trong khi truyền multimedia như văn bản, audio, và video. 3.2.7. LỚP ỨNG DỤNG: Cho phép người dùng (user), là người hay phần mềm, truy cập vào mạng. Lớp này cung cấp giao diện và hỗ trợ dịch vụ như thư điện tử, remote file access and transfer, shared da tabase management, và các dạng dịch vụ phân phối dữ liệu khác. Hình 3.13 minh họa quan hệ giữa lớp ứng dụng với user và lớp trình bày. Trong số các dịch vụ có được, thì hình vẽ chỉ trình bày 3 dạng: X.400 (message handle services); X.500 (directory services); và chuyển file access, and management (FTAM). User trong hình đã dùng X.400 và gửi một email. Chúý là không có thêm header hay trailer trong lớp này. Hình 3.12 Các chức năng của lớp này là: Mạng đầu cuối ảo (network virtual terminal): là một version của phần bản dịch chịu trách nhiệm gồm Đạt, Huế và Thịnh trưởng Chương này nhóm mềm của đầu cuối vật lý và cho phép user log on vào máy chủ (remote host). Để làm việc này, lớp ứng dụng tạo ra một phần mềm mô phỏng đầu cuối cho remote host. Máy tính của user đối thoại phần mềm đầu cuối này, tức là với host và ngược lại. Remote host tưởng là đang đối thoại với terminal của mình và cho phép bạn log on. Quản lý, truy cập và truyền dữ liệu (FTAM: file transfer, access, and management): Ứng dụng này cho phép user truy cập vào remote computer (để đọc hay thay đổi dữ liệu), để truy lục file từ remote computer và quản lý hay điều khiển file từ remote computer. Dịch vụ thư điện tử: Ứng dụng này cho cung cấp cơ sở cho việc gửi, trả lời và lưu trữ thư điện tử. Trang 23/ tổng số 169
Các nhóm 3, 13, 23 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào Dịch vụ thư mục (directory services): Ứng dụng này cung cấp nguồn cơ sở dữ liệu (database) phân bố và truy cập nguồn thông tin toàn cầu về các dịch vụ và mục đích khác nhau. TÓM TẮT VỀ CHỨC NĂNG CÁC LỚP: Chức năng của bảy lớp được tóm tắt ở hình 3.14: Hình 3.13 13.1 GIAO THỨC TCP/IP: Giao thức TCP/IP được dùng trong Internet, ban đầu được phát triển trong mô hình OSI. Tuy nhiên các lớp trong TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internetworking Protocol) lại không khớp hoàn toàn với mô hình OSI. Giao thức TCP/IP được tạo nên từ năm lớp: vật lý, kết nối dữ liệu, mạng, vận chuyển và ứng dụng. Bốn lớp đầu cung cấp các tiêu chuẩn vật lý, giao diện mạng, kết mạng, và chức năng vận chuyển tươngứng với bốn lớp trong mô hình OSI. Ba lớp sau của mô hình OSI, lại chỉ được thể hiện thành một lớp trong TCP/IP và được gọi là lớp ứng dụng. TCP/IP là giao thức dạng phân cấp, được tạo ra từ các mođun tương tác, mỗi mođun có các chức năng đặc thù, nhưng không nhất thiết phải phụ thuộc nhau. Trong khi lớp OSI đặc trưng chức năng nào cho lớp nào, thì lớp của TCP/IP chứa đựng những giao thức tương đối độc lập có thể được trộn lẫn tùy theo nhu cầu của hệ thống. Thuật ngữ phân cấp tức là giao thức lớp trên được hỗ trợ từ một hay nhiều giao thức cấp thấp hơn. Trong lớp vận chuyển thì TCP/IP định nghĩa hai giao thức: TCP (Transmission Control Protocol) và UDP (User Datagram Protocol). Trong lớp mạng, giao thức chính do TCP/IP là IP (Internetworking Protocol) cho dù hiện có một số giao thức khác hỗ trợ di chuyển dữ liệu trong lớp này. bản dịch chịu trách nhiệm gồm Đạt, Huế và Thịnh trưởng Chương này nhóm Trang 24/ tổng số 169
Các nhóm 3, 13, 23 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào TỪ KHÓA VÀ Ý NIỆM - Application layer - Bit - Data link layer - Destination address - Error - Frame - Header - Interface - Logical address - Network layer - Node to node delivery - Open System Interconnection (OSI) - Peer to peer process - Physical address - Port address - Presentation layer - Session layer - Source address - Source to destination delivery - Trailer - Transmission Control Protocol/Internet working Protocol (TCP/IP) - Transmission rate - Transport layer bản dịch chịu trách nhiệm gồm Đạt, Huế và Thịnh trưởng Chương này nhóm Trang 25/ tổng số 169
Các nhóm 3, 13, 23 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào TÓM TẮT International Standard Organization (ISO) tạo ra mô hình gọi là OSI (Open System Interconnection) nhằm cho phép thông tin giữa các hệ thống khác nhau. - Bảy lớp trong mô hình OSI cung cấp các nguyên tắc để phát triển các kiến trúc tương thích một cách vạn năng, phần cứng và phần mềm. Lớp vật lý, kết nối dữ liệu, và lớp mạng là các lớp hỗ trợ mạng Lớp vận chuyển là lớp hỗ trợ mạng và hỗ trợ user Lớp kiểm soát, trình bày và ứng dụng là các lớp hỗ trợ user Lớp vật lý điều phối các chức năng cần thiết để truyền dòng bit trong môi trường vật lý Lớp kết nối dữ liệu có nhiệm vụ giao nhận đơn vị dữ liệu từ một trạm đến trạm kế mà không có lỗi Lớp mạng chịu trách nhiệm giao nhận từ nguồn đến đích một gói qua nhiều kết nối mạng Lớp vận chuyển có nhiệm vụ giao nhận từ nguồn đến đích toàn bản tin Lớp kiểm soát thiết lập, duy trì, và đồng bộ các tương tác giữa các thiết bị thông tin. Lớp trình bày bảo đảm khả năng hoạt động qua lại giữa các thiết bị thông tin xuyên qua biến đổi dữ liệu thành format được các thiết bị chấp nhận chung. Lớp ứng dụng thiết lập khả năng truy cập mạng của user TCP/IP là giao thức năm lớp dạng phân cấp được phát triển trước khi có mô hình OSI, và là giao thức thích hợp cho Internet. bản dịch chịu trách nhiệm gồm Đạt, Huế và Thịnh trưởng Chương này nhóm Trang 26/ tổng số 169
Các nhóm 3, 13, 23 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào BÀI LUYỆN TẬP * CÂU HỎI ÔN TẬP: 1. Cho biết các lớp hỗ trợ mạng trong mô hình OSI? 2. Cho biết các lớp hỗ trợ user trong mô hình OSI? 3. Cho biết sự khác biệt giữa phương thức giao nhận trong lớp mạng và lớp vận chuyển? 4. Quan hệ giữa OSI và ISO? 5. Liệt kê các lớp trong mô hình OSI? 6. Quá trình thông tin đồng cấp là gì? 7. Cho biết phương thức lấy thông tin từ một lớp này sang lớp khác trong mô hình OSI? 8. Header và trailer là gì ? Chúng được thêm vào và gở bỏ ra sao ? 9. Phân các lớp trong mô hình OSI theo chức năng? 10. Vai trò của lớp vật lý? 11. Vai trò của lớp kết nối dữ liệu? 12. Vai trò của lớp mạng? 13. Vai trò lớp vận chuyển? 14. Lớp vận chuyển tạo ra kết nối giữa nguồn và đích. Cho biết ba bước được thực hiện trong kết nối này? 15. Cho biết khác biệt giữa địa chỉ service -point và địa chỉ luận lý, địa chỉ vật lý? 16. Vai trò của lớp kiểm soát? 17. Mục tiêu của bộ điều khiển đối thoại là gì? 18. Vai trò của lớp trình bày là gì? 19. Cho biết mục tiêu phiên dịch của lớp ứng dụng? 20. Cho biết các dịch vụ do lớp ứng dụng cung cấp? 21. Cho biết quan hệ giữa các lớp trong TCP/IP với các lớp trong mô hình OSI? * CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM 22. Mô hình nào cho thấy các chức năng mạng mà máy tính cần đươc tổ chức: a. ITU-T b. OSI c. ISO d. ANSI 23. Mô hình OSI gồm bao nhiêu lớp: bản dịch chịu trách nhiệm gồm Đạt, Huế và Thịnh trưởng Chương này nhóm a. 3 b. 5 c. 7 d. 8 24. Việc xác định các điểm đồng bộ được thực hiệnở lớp: a. vận chuyển b. kiểm soát c. trình bày d. ứng dụng 25. Giao nhận end to end của toàn bản tin là chức năng của lớp: Trang 27/ tổng số 169
Các nhóm 3, 13, 23 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào a. mạng b. vận chuyển c. kiểm soát d. trình bày 26. Lớp gần với môi trường truyền dẫn nhất là lớp: a. vật lý b. kết nối dữ liệu c. mạng d. vận chuyển 27. Các đơn vị dữ liệu dữ liệu được gọi là frame trong lớp: a. vật lý b. kết nối dữ liệu c. mạng d. vận chuyển 28. Giải khóa mã và khóa mã là vai trò của lớp: a. vật lý b. kết nối dữ liệu c. trình bày d. kiểm soát 29. Điều khiển đối thoại là chức năng của lớp: a. vận chuyển b. kiểm soát c. trình bày d. ứng dụng 30. Dịch vu thư và dịch vụ thư mục cho user được thực hiện trong lớp: a. kết nối dữ liệu b. kiểm soát c. vận chuyển d. ứng dụng 31. Giao nhận nút -nút của đơn vị dữ liệu được thực hiệnở lớp: a. vật lý b. kết nối dữ liệu c. vận chuyển d. mạng bản dịch chịu trách nhiệm gồm Đạt, Huế và Thịnh trưởng Chương này nhóm 32. Khi dữ liệu di chuyển từ lớp thấp đến lớp cao hơn thì header sẽ được: a. thêm vào b. bớt đi c. sắp xếp lại d. thay đổi 33. Khi dữ liệu di chuyển từ lớp cao đến lớp thấp hơn thì header sẽ được: a. thêm vào b. bớt đi c. sắp xếp lại d. thay đổi Trang 28/ tổng số 169
Các nhóm 3, 13, 23 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào 34. Lớp nằm giữa lớp mạng và lớp kiểm soát là: a. vật lý b. kết nối dữ liệu c. vận chuyển d. trình bày 35. Lớp 2 quan hệ giữa lớp vật lý và lớp: a. mạng b. kết nối dữ liệu c. vận chuyển d. trình bày 36. Khi dữ liệu đươc truyền từ thiết bị A đến thiết bị B thì header từ lớp thứ 5 của A sẽ được thiết bị B đọc ở lớp: a. vật lý b. vận chuyển c. kiểm soát d. trình bày 37. Việc phiên dịch một ký tự sang một dạng mã khác được thực hiện ở lớp: a. vận chuyển b. kiểm soát c. trình bày d. ứng dụng 38. Các bit được biến đổi thành tín hiệu điện từ trường trong lớp: a. vật lý b. kết nối dữ liệu c. vận chuyển d. trình bày 39. Trailer của frame được thêm vào nhằm mục đích kiểm tra lỗi thực hiện ở lớp: a. vật lý b. kết nối dữ liệu c. vận chuyển d. trình bày 40. Cho biết tại sao mô hình OSI được phát triển: a. Nhà sản xuất không thích giao thức TCP/IP b. Tốc độ truyền dữ liệu tăng theo hàm mũ bản dịch chịu trách nhiệm gồm Đạt, Huế và Thịnh trưởng Chương này nhóm c. Cần có tiêu chuẩn nhằm cho phép hai hệ thống thông tin với nhau d. tất cả đều sai 41. Lớp vật lý nhằm truyền gì trong môi trường vật lý: a. chương trình b. đối thoại c. giao thức d. bit 42. Chức năng của lớp nào nhằm kết nối giữa lớp hỗ trợ người dùng và lớp hỗ trợ mạng: a. lớp mạng Trang 29/ tổng số 169
Các nhóm 3, 13, 23 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào b. lớp vật lý c. lớp vận chuyển d. lớp kiểm soát 43. Chức năng chính của lớp vận chuyển là: a. chuyển giao nút-nút b. chuyển giao bản tin end to end c. đồng bộ d. cập nhật và bảo trì bảng định tuyến 44. Các checkpoint của lớp kiểm soát có chức năng: a. cho phép gửi lại một phần file b. phát hiện và khôi phục lỗi c. điều khiển và thêm vào các header d. dùng trong điều khiển đối thoại 45. Dịch vụ của lớp ứng dụng là: a. network virtual terminal b. file transfer, access, và management c. mail service d. all of above BÀI TẬP 46. Sắp xếp theo từng lớp của mô hình OSI theo chức năng: a. Xác định tuyến truyền b. Điều khiển lưu lượng c. Giao diện với thế giới bên ngoài d. Truy cập vào mạng dùng cho user e. Thay đổi từ ASCII sang EBCDIC f. Chuyển gói 47. Sắp xếp theo từng lớp của mô hình OSI theo chức năng: a. Truyền dữ liệu end to end với độ tin cậy b. Chọn lọc mạng c. Định nghĩa frame d. Dịch vụ cho user như email và chuyển file e. Truyền dòng bit qua môi trường truyền vật lý 48. Sắp xếp theo từng lớp của mô hình OSI theo chức năng: a. Thông tin trực tiếp với các chương trình ứng dụng của người dùng bản dịch chịu trách nhiệm gồm Đạt, Huế và Thịnh trưởng Chương này nhóm b. Sữa lỗi và truyền lại c. Giao diện chức năng, cơ và điện học d. Phụ trách thông tin giữa các nút kề nhau e. Tái hợp các gói dữ liệu 49. Sắp xếp theo từng lớp của mô hình OSI theo chức năng a. Cung cấp format và dịch vụ chuyển mã b. Thiết lập, quản lý, và kết thúc kiểm soát c. Bảo đảm tin cậy trong truyền dẫn d. Cung cấp sự phụ thuộc từ những biểu diễn dữ liệu khác nhau Trang 30/ tổng số 169
Các nhóm 4, 14, 24 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào Chương 4: TÍN HIỆU Thông tin: Dạng tín hiệu điện từ qua môi trường truyền dẫn, nhằm truyền các thông tin (thoại,ảnh, dữ liệu, v.v, ). Để chuyển thông tin phải được chuyển sang dạng tín hiệu điện từ. 4.1. TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ Tín hiệu có thể có dạng tương tự (analog) hay số (digital). Thuật ngữ dữ liệu tương tự cho biết thông tin là liên tục, còn dữ liệu số thì cho biết thông tin có các trạng thái rời rạc. Dữ liệu tương tự có các giá trị liên tục hay có vô hạn giá trị trong tầm hoạt động Dữ liệu số có các giá trị rời rạc. hay chỉ có một số hữu hạn các giá trị Trong truyền số liệu, ta thường dùng các tín hiệu tương tự, có chu kỳ và các tín hiệu số không có chu kỳ. Hình 4.1 So sánh giữa tín hiệu tương tự và tín hiệu số. Tín hiệu có chu kỳ và không có chu kỳ Tín hiệu tương tự có chu kỳ có thể được chia thành tín hiệu đơn và tín hiệu hỗn hợp. Xét một tín hiệu tương tự có chu kỳ đơn giản, thí dụ sóng sin; ta thấy rằng không thể phân tích tín hiệu này thành các thành phần đơn giản hơn được. Tín hiệu tương tự có chu kỳ là tín hiệu hỗn hợp khi là tổ hợp của nhiều sóng sin đơn giản. Thí dụ, hình 4.2 vẽ sóng sin: Hình 4.2 Thí dụ 1: Nguồn điện khu vực được biểu diễn bằng một sóng sin có biên độ đỉnh từ 155 đến 170 V. Tuy nhiên, nguồn này tại Mỹ là từ 110 V đến 120 V. Khác biệt này tùy thuộc vào giá trị hiệu dụng RMS. Trong đó, trị đỉnh -đỉnh là 2 2 trị RMS. Hình 4.3 vẽ hai tín hiệu có cùng tần số nhưng trị đỉnh khác nhau. Hình 4.3 Thí dụ 2: Nguồn áp từ pin là không đổi, thí dụ, trị đỉnh của một pin AA thường là 1,5 V. Tần số và chu kỳ Tần số và chu kỳ là nghịch đảo của nhau: T f trách nhiệm bản dịch gồm Hồng, Diện và Hiển chịu trưởng Chương này nhóm 1 và f T 1 ; khi f có thứ nguyên là Hz thì T có thứ nguyên là giây Bảng 1: Đơn vị của chu kỳ và tần số. Thí dụ 3: Nguồn điện khu vực có tần số là 60 Hz. Chu kỳ của sóng sin được xác định Trang 31/ tổng số 169
Các nhóm 4, 14, 24 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào như sau: ms ms x f T 6, 16 10 0166, 0 60 1 1 3 Thí dụ 4: Viết giá trị chu kỳ 100 ms sang đơn vị s. 100 ms = 100 x103 s = 105 s Thí dụ 5: Chu kỳ cua tín hiệu là 100 ms. Tính tần số tín hiệu theo KHz. KHz KHz x Hz x T f 2 3 3 10 10 10 10 100 1000 10 100 1 1 Pha: Pha mô tả vị trí tương đối của tín hiệu so với trị 0. Hình 4.4 Mô tả các tín hiệu có cùng tần số, biên độ, nhưng khác pha. Thí dụ 6: Một sóng sin lệch 1/6 chu kỳ theo gốc thời gian. Tính góc pha theo độ và theo radian. Giải: Một chu kỳ là 3600 , vậy 1/6 chu kỳ là: trách nhiệm bản dịch gồm Hồng, Diện và Hiển chịu trưởng Chương này nhóm (1/6) x 3600 =600 = 60 x (2 /360) rad=( /3) rad = 1,046 rad Hình 4.6 Vẽ cách biểu diễn tín hiệu trong miền thời gian và miền tần số. Chú ý: Một sóng hoàn toàn sin được biểu diễn bằng một gai đơn trong miền tần số. Thí dụ 7: Cách biểu diễn trong miền tần số thì hữu hiệu hơn kh dùng với nhiều sóng sin. Thí dụ trong hình 4.8 minh họa 3 dạng sóng sin, được biểu diễn chỉ bằng 3 gai nhọn trong miền tần số. Hình 4.7 Biểu diễn trong miền thời gian và miền tần số của ba sóng sin. Trang 32/ tổng số 169
Các nhóm 4, 14, 24 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào Ghi chú: Tín hiệu sóng sin chỉ dùng một tần số thì không hữu dụng trong thông tin số do ta cần gửi đi các tín hiệu hỗn hợp, nên cần tạo ra tín hiệu gồm nhiều tần số sóng sin. Theo dùng phân tích Fourier, thì có thể khai triển tín hiệu hỗn hợp thành nhiều tín hiệu sóng sin có tần số, biên độ và pha khác nhau. Nếu tín hiệu hỗn hợp là tuần hoàn, thì phân tích cho chuỗi các tín hiệu có tần số rời rạc, còn nếu tín hiệu không có chu kỳ, thì phân tích cho tổ hợp các sóng sin có tần số liên tục. Thí dụ 8: Hình 9 vẽ sóng hỗn hợp có chu kỳ f. Dạng tín hiệu này tuy không tiêu biễu trong kỹ thuật truyền số liệu. Xét 3 tín hiệu cảnh báo, có các tần số khác nhau. Việc phân tích các tín hiệu này, giúp ta hiểu rõ hơn về phương thức khai triển các tín hiệu hỗn hợp. Hình 4.9 Khai triển tín hiệu hỗn hợp có tuần hoàn, trong miền thời gian và miền tần số. Thí dụ 9: Hình 11 vẽ tín hiệu hỗn hợp không tuần hoàn. Đó có thể là dạng tín hiệu ra trừ một micrô hay từ điện thoại khi phát âm từ two. Trong trường hợp này thì tín hiệu hỗn hợp không thể là tuần hoàn được, do ta không thể phát âm nhiều lần từ này với cùng âm sắc như nhau. Hình 4.10 Biểu diễn tín hiệu không tuần hoàn trong miền thời gian và miền tần số. Ghi chú: Khổ sóng (băng thông) của tín hiệu hỗn hợp là sai biệt giữa tần số cao nhất và thấp nhất có trong tín hiệu này. Hình 4.11 Khổ sóng của tín hiệu hỗn hợp tuần hoàn và không tuần hoàn. Thí dụ 10: Nếu phân tích tín hiệu tuần hoàn thành 5 sóng hài sin có tần số lần lượt là 100, 300, 500, 700 và 900 Hz. Cho biết khổ sóng của tín hiệu? Vẽ phổ với giả sử là tất cả sóng hài đều có giá trị lớn nhất là 10V. Giải: Gọi fh là tần số cao nhất, fl là thấp nhất, và B lá khổ sóng, thì B = fh - fl = 900 – 100 = 800 Hz Phổ chỉ gồm 5 gai nhọn xuất hiện tại các tần số 10 0, 300, 500, 700 và 900 trách nhiệm bản dịch gồm Hồng, Diện và Hiển chịu trưởng Chương này nhóm Hz như vẽ ở hình 13. Hình 4.12 Khổ sóng dùng trong thí dụ 10. Thí dụ 11: Tín hiệu tuần hoàn có khổ sóng là 20 Hz. Tần số cao nhất là 60 Hz, tìm tần số thấp nhất? Vẽ phổ của tín hiệu sóng hài chứa có biên độ giống nhau. Giải: Gọi fh là tần số cao nhất, fl là thấp nhất, và B lá khổ sóng, thì B = fh - fl 20 = 60 – fl fl =60 – 20 = 40 Hz Phổ chứa tất cả các tần số có giá trị nguyên, như vẽ trong hình 11. Hình 4.13 Khổ sóng của thí dụ 11. Trang 33/ tổng số 169
Các nhóm 4, 14, 24 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào Thí dụ 12: Một tín hiệu hỗn hợp không tuần hoàn có khổ sóng là 200 Hz, có tần số trung tâm là 140 Hz, và biên độ đỉnh là 20 V. Hai giá trị biên độ tại hai tần số cực trị là 0. Vẽ tín hiệu trong miền tần số. Giải: Tần số thấp nhất phải là 40 Hz và tần số cao nhất là 240 Hz. Hình 15 vẽ tín hiệu trong miền tần số và khổ sóng. Thí dụ 13: Khổ sóng từ thí dụ 12. Hình 4.14 Thí dụ 14: Một thí dụ về tín hiệu hỗn hợp không tuần hoàn là tín hiệu lan truyền sóng AM. Tại Mỹ, sóng AM có khổ sóng là 10 KHz. Khổ sóng chung dùng cho phát sóng AM từ 530 KHz đến 1700 KHz. Thí dụ 15: Một thí dụ về tín hiệu hỗn hợp không tuần hoàn trong sóng FM. Tại Mỹ, sóng FM có khổ sóng là 200 KHz. khổ sóng chung dùng cho phát sóng FM là từ 88 đến 108 MHz. Thí dụ 16: Một thí dụ khác là tín hiệu hỗn hợp dùng trong tuyền tín hiệu truyền hình đen trắng. Màn hình TV đươc tạo nên từ nhiều điểmảnh (pixel). Giả sử độ phân giải là 525 x 700, ta có 367.500 pixel trong mỗi màn hình. Nếu quét 30 dòng trong một giây, ta có 367.500 x 30 = 11.025.000 pixel mỗi giây. Tình huống xấu nhất là các tín hiệu liên tiếp đen rồi trắng. Ta có thể gửi 2 pixel cho mỗi chu kỳ. Như thế, thì cần có 11.025.000/2 = 5.521.500 chu kỳ mỗi giây (Hz). Vậy, khổ sóng cần thiết là 5,5125 MHz. 4.2. TÍN HIỆU SỐ Thay vì dùng tín hiệu tương tự, ta có có thể dùng tín hiệu số để biểu diễn thông tin. Thí dụ, có thể dùng mức điệnáp dương để mã hóa 1 và dùng điệnáp không cho 0. Một tín hiệu số còn có thể có nhiều hơn hai mức, điều này cho phép gửi đi nhiều hơn một bit cho mỗi mức. Hình 4.15 Hai dạng tín hiệu số: một dùng hai mức và một dùng bốn mức. Thí dụ 17: Một tín hiệu số có 8 mức. Cho biết có thể truyền bao nhiêu bit cho mỗi mức? trách nhiệm bản dịch gồm Hồng, Diện và Hiển chịu trưởng Chương này nhóm Giải: Ta tính số bit theo công thức sau: Số bit trong một mức = log2 8 = 3. Như thế mỗi mức tín hiệu có thể truyền được được 3 bit. Thí dụ 18: Một tín hiệu số có 9 mức. Cho biết có thể truyền bao nhiêu bit cho mỗi mức? Giải: Tính số bi theo công thức vừa trình bày ở thí dụ 16: Mỗi mức tín hiệu truyền đi được 3,17 bit. Rõ ràng là kết quả này là không hiện thực. Số bit cần truyền đi cần là số nguyên là tương đương với số mủ 2. Trang 34/ tổng số 169
Các nhóm 4, 14, 24 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào Trong trường hợp này thì nên dùng 4 bit cho mỗi mức tín hiêu truyền. Thí dụ 19: Giả sử ta cần download tài liệu văn bản với tốc độ 100 trang mỗi giây, Một trang trung bình có 24 dòng và 80 ký tự trong từng dòng, giả sử cần 8 bit để biểu diễn một ký tự. Cho biết số bit cần truyền cho 1s? Giải: Một trang trung bình có 24 dòng và 80 ký tự trong từng dòng, nếu giả sử cần 8 bit để biểu diễn một ký tự thì, tốc độ bit (bit rate) là: 100 x 24 x 80 x 8 = 1.636.000 bps = 1,636 Mbps. Thí dụ 20: Một kênh thoại được rời rạc hóa, được cấu tạo từ một tín hiệu tương tự có khổ sóng tín hiệu thoại là 4 KHz. ta cần lấy mẫu tín hiệu với hai lần tần số cao nhất (hai mẫu trong mỗi Hz). Với giả sử mỗi mẫu cần 8 bit, hỏi tốc độ bit (bit rate) là bao nhiêu? Giải: Tốc độ bit được tính theo: 2 x 4.000 x 8 = 64.000 bps = 64 Kbps. Thí dụ 21: Cho biết tốc độ bit (bit rate) của truyền hình độ phân giải cao (HDTV)? Giải: HDTV dùng tín hiệu số để truyền tín hiệu hình chất lượng cao. Mán hình của HDTV thuờng có tỉ lệ 16:9. Như thế thì có 1.920 x 1080 pixel cho mỗi màn hình, với tốc độ quét dòng là 30 lần trong mỗi giây. Mỗi pixel màu thì cần được biểu diễn bằng 24 bit. 1.920 x 1.080 x 30 x 24 = 1.492.992.000 hay 1,5 bps Các đài phát hình đã dùng phương pháp nén tín hiệu xuống còn từ 20 đến 40 Mbps/ Ghi chú: Tín hiệu số là dạng tín hiệu hỗn hợp tương tự có khổ sóng là vô cùng. Hình 4.16 Tín hiệu số tuần hoàn và không tuần hoàn đươc biểu diễn trong miền thời gian và miền tần số. Hình 4.18 Khổ sóng của hai kênh thông tần số thấp. Hình 4.19 Truyền dẫn trên dải tần cơ sở dùng môi trường chuyên dụng. Ghi chú: trách nhiệm bản dịch gồm Hồng, Diện và Hiển chịu trưởng Chương này nhóm Truyền dẫn tín hiệu số trên dải tần sơ sở thì có thể duy trì được dạng tín hiệu số nếu ta dùng kênh truyền thông tần số thấp có khổ sóng rất lớn hay khổ sóng vô hạn. Thí dụ 22: Một thí dụ về kênh chuyên dụng trong đó toàn khổ sóng của môi trường chỉ dùng truyền một kênh là mạng LAN. Hầu hết các mạng LAN dùng dây dẫn hiện nay đều dùng kênh chuyên dụng cho hai trạm thông tin lẫn nhau. Trong cấu hình mạng dạng bus với dùng kết nối nhiều điểm, thì tại một thời điểm, chỉ có hai trạm có thể thông tin với nhau (chia sẽ thời gian: timesharing), các trạm khác thì phải đợi. Trong cấu hìn mạng LAN hình sao, thì toàn mạng và hub được dùng để thông tin giữa hai đối tượng. Phần này được trình bày chi tiết trong chuơng mạng LAN. Trang 35/ tổng số 169
Các nhóm 4, 14, 24 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào Hình 4.20 Xấp xỉ thô tín hiệu số chỉ dùng một sóng hai (trong trườnghợp xấu nhất: (worst case). Hình 4.21 Mô phỏng tín hiệu số dùng sóng hài bậc ba. Ghi chú: Khi truyền dẫn trên dải tần cơ sở thì khổ sóng cần thiết là tỉ lệ với tốc độ bit (bit rate); nếu ta muốn truyền bit nhanh hơn, thì cần phải có khổ sóng rộng hơn. Bảng 2: Khổ sóng cần có. Thí dụ 23: Cho biết khổ sóng cần có của kênh truyền thông tần số thấp nếu cần gửi với tốc độ 1 Mbps dùng phương pháp truyền trên dải tần cơ sở. Giải: Lời giải còn tùy theo mức chính xác cần có: a. Khổ sóng tối thiểu, là B = (tốc độ bit)/2, tức là 500 KHz b. Tốt hơn thì dùng hài bậc một và bậc ba, tức là B = 3 x 500KHz = 1,5 MHz c. Tốt hơn nữa là hài bậc một, bậc ba và bậc năm, B = 5 x 500 KHz = 2,5 MHz Thí dụ 24: Ta dùng hai kênh thông tần số thấp có khổ sóng là 100 KHz, cho biết tốc độ truyền bit tối đa là bao nhiêu? Giải: Tốc độ truyền bit tối đa có thể đạt được nếu ta dùng sóng hài bậc một. Tốc độ bit là 2 x (khổ sóng hiện có), tức là 200 Kbps. Hình 4.22 Khổ sóng của kênh dải thông. Ghi chú: Nếu kênh đang truyền là kênh thông dải, ta không thể truyền tín hiệu số qua kênh trực tiếp được, mà cần chuyển đổi sang tín hiệu tương tự trước khi truyền. Hình 4.23 Điều chế tín hiệu số để truyền dẩn trong kênh truyền thông dải. Thí dụ 25: Một thí dụ về truyền dẫn băng rộng dùng phương pháp điều chế là trường hợp gửi tín hiệu từ máy tín qua dây thuê bao điện thoại, là đường nối từ máy thuê bao đến tổng đài. Các dây này được thiết kế dùng cho truyền thoại với khổ sóng rất trách nhiệm bản dịch gồm Hồng, Diện và Hiển chịu trưởng Chương này nhóm hạn chế. Kênh truyền được xem là kênh truyền thông dải. Ta cần chuyển đổi tín hiệu số từ máy tính thành tín hiệu tương tự, và gửi như tín hiệu âm tần. Ta cần thiết lập hai bộ chuyển đổi để chuyển tín hiệu số sang tương tư khi gửi đi và ngược lại tại đầu thu. Bộ chuyển đổi này được gọi là modem và sẽ nghiên cứu kỹ trong chương modem Thí dụ 26: Thí dụ thứ hai là hệ thống đện thoại số di động (digital cellular telephone). Để nhận được tốt, điện thoại di động số chuyển tín hiệu thoại tương tự thành tín hiệu số. Mặc dù khổ sóng được qui hoạch cho điện thoại di động là rất rộng, ta vẫn không thể gửi trực tiếp tín hiệu số này mà không chuyển đổi. Lý do là kênh truyền Trang 36/ tổng số 169
Các nhóm 4, 14, 24 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào giữa người gọi và người được gọi lại có dạng kênh thông dải, nên nhất thiết phải chuyển đổi tín hiệu thoại dạng số sang tín hiệu tương tự dạng hỗn hợp trước khi gửi đi. trách nhiệm bản dịch gồm Hồng, Diện và Hiển chịu trưởng Chương này nhóm Trang 37/ tổng số 169
Các nhóm 4, 14, 24 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào TỪ KHÓA VÀ Ý NIỆM Analog and Digital Data Analog and Digital Signals Application Layer Band-pass Bandwidth Baseband transmission Bit Length Bit Rate Channel Composite Analog Signal Compression Data Data communications Digital cellular telephone Digital Signal Electromagnetic signals Fourier analysis Frequency Frequency Domain Harmonics LAN Low-pass Modem Modulation Period Periodic and Nonperiodic Signals Phase Propagation medium Signal Sine Wave Time Domain Wavelength trách nhiệm bản dịch gồm Hồng, Diện và Hiển chịu trưởng Chương này nhóm Trang 38/ tổng số 169
Các nhóm 4, 14, 24 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào BÀI LUYỆN TẬP trách nhiệm bản dịch gồm Hồng, Diện và Hiển chịu trưởng Chương này nhóm Trang 39/ tổng số 169
Các nhóm 5, 15, 25 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào Chương 5: MÃ HÓA VÀ ĐIỀU CHẾ Như ta đã biết thông tin cần được chuyển thành tín hiệu trước khi được truyền dẫn trong môi trường truyền tin. Phương thức chuyển đổi thông tin thì phụ thuộc vào định dạng ban đầu của thông tin cũng như format được phần cứng sử dụng. Nếu bạn muốn dùng khói để gửi đi một từ thì bạn cần biết trước hết các kiểu mẫu khói thích hợp cho từng ký tự trong từ này, trước khi tạo nên đám lửa. Một tín hiệu đơn giản không thể mang thông tin một cách đơn giản mà nhất thiết phải chuyển đổi tín hiệu sao cho máy thu có thể nhận dạng được theo phương thức mà máy phát gửi đi. Một trong những phương thức truyền đi là chuyển các mẫu này thành các bit 1 và 0 như trong mã ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Dữ liệu lưu trữ trong máy tính theo dạng 1 và 0, để chuyển các tín hiệu này đi (từ trong máy tín ra hay ngược lại) dữ liệu thường phải được chuyển đổi từ tín hiệu digital sang tín hiệu digital hay là quá trình chuyển đổi số-số. Đôi khi, ta phải chuyển đổi từ tín hiệu analog sang tín hiệu digital (như trong trường hợp điện thoại) nhằm giảm nhiễu, quá trình này được gọi là chuyển đổi analog-digital hay còn gọi là lượng tử hóa tín hiệu analog. Trong một trường hợp khác, ta cần chuyển một tín hiệu digital trong một môi trường dành cho tín hiệu analog, quá trình này được gọi là chuyển đổi digital- analog hay còn gọi là điều chế một tín hiệu số. Thông thường một tín hiệu analog được gửi đi cự ly xa trong một môi trường analog, tức là tín hiệu cần được điều chếở tần số cao, quá trình này được gọi là chuyển đổi analog – analog, hay còn gọi là điều chế tín hiệu analog. Hình 5.1 trình bày bốn phương pháp chuyển đổi này. 5.1. CHUYỂN ĐỔI DIGITAL – DIGITAL Mã hóa hay chuyển đổi số-số là phương pháp biểu diễn dữ liệu số bằng tín hiệu số. Thí dụ, khi ta chuyển dữ liệu từ máy tính sang máy in, dữ liệu gốc và dữ liệu truyền đềuở dạng số. Trong phương pháp này, các bit 1 và 0 được chuyển đổi thành chuỗi xung điệnáp để có thể truyền qua đường dây, như hình 5.2. Tuy có nhiều cơ chế chuyển đổi số-số, ta chỉ quan tâm đến các dạng thường dùng trong truyền tin, như vẽở hình 3, trong đó bao gồm unipolar, polar, và bipolar. Unipolar chỉ có một dạng, polar có 3 dạng NRZ, RZ và biphase. Bipolar có 3 dạng AMI, B8ZS, và HDB3. bản dịch Hiệu chịu trách nhiệm gồm Cường, Thu và trưởng Chương này nhóm Hình 5.3 5.1.1. Unipolar: Là dạng đơn giản nhất và nguyên thủy nhất. Cho dù đây là dạng đã lạc hậu, nhưng tính chất đơn giản của nó luôn là tiền đề cho cácý niệm về phát triển các hệ thống phức tạp hơn, đồng thời phương pháp này cũng giúp ta nhìn thấy nhiều vấn đề trong truyền số liệu phải giải quyết. Hệ thống truyền số liệu hoạt động trên cơ sở gửi các tín hiệu điệnáp trong môi trường kết nối, thường là dây dẫn hay cáp. Trong nhiều dạng mã hóa, một mức điệnáp biểu thị cho giá trị nhị phân 0 và một mức khác cho giá trị 1. Cực tính của Trang 40/ tổng số 169
Các nhóm 5, 15, 25 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào xung tùy thuộc vào giá trị điệnáp là dương hay âm. Mã hóa đơn cực (unipolar) là phương pháp chỉ dùng một dạng cực tính, thường cực tính này biểu diễn một giá trị nhị phân, thường là 1, còn giá trị điệnáp không thường dùng cho giá trị bit 0. Hình 5.4 trình bày vềý tưởng của mã hóa đơn cực. Trong thí dụ này, bit 1 mang giá trị điệnáp dương còn bit 0 tươngứng với giá trị điệnáp 0 volt, điều này làm cho phương pháp trở nên đơn giản và rẻ. Tuy nhiên, phương pháp đơn cực gặp phải hai vấn đề khó khăn: thành phần điệnáp DC và vấn đề đồng bộ. Thành phần DC: Trị trung bình của mã đơn cực khác không, tạo ra thành phần điệnáp DC trên đường truyền. Khi tín hiệu tồn tại thành phần DC (tức là có tần số bằng 0) thì không thể đi xuyên qua môi trường truyền được. Vấn đề đồng bộ (synchronization): Khi tín hiệu truyền có giá trị không thay đổi thì máy thu không thể xác định được thời gian tồn tại của một bit. Như thế cần có vấn đề đồng bộ khi truyền một chuỗi nhiều bit 1 hay bit 0 bằng phương pháp đơn cực do không có thay đổi trong giá trị điệnáp truyền. Vấn đề đồng bộ thật khó giải quyết trong phương pháp này, hướng giải quyết có thể làm dùng thêm một dây dẫn để truyền tín hiệu đồng bộ giúp máy thu biết về thời khỏang của từng bit. Tuy nghiên phương pháp này là không thực tế, do làm gia tăng chi phí và không kinh tế, nên thực tế phương pháp này không dùng trong truyền tín hiệu số. 5.1.2. Polar: Phương pháp mã hóa polar dùng hai mức điệnáp: một có giá trị dương và một có giá trị âm, như thế có khả năng loại trừ được thành phần DC. Trong các phương pháp như Manchester hay Manchester vi sai, thì mỗi bit đều có thành phần điệnáp dương hay âm, nên loại trừ hoàn toàn được thành phần DC Có nhiều phương pháp mã polar, ta chỉ khảo sát 3 dạng thông dụng nhất là: NRZ (nonreturn to zero); RZ (return to zero), và biphase. NRZ gồm hai dạng: NRZ-L (nonreturn to zero – level) và NRZ – I (nonreturn to zero – invert). Trong biphase có hai phương pháp. Thứ nhất, Manchester, là phương pháp dùng trong mạng ehternet LAN, và dạng thứ hai Manchester vi sai, thường được dùng trong Token Ring LAN, xem hình 5. Hình 5.5 5.1.2.1. NRZ (Nonreturn to Zero) Trong phương pháp này, mức tín hiệu luôn luôn có giá trị là dương hay âm. Có hai dạng như sau: bản dịch Hiệu chịu trách nhiệm gồm Cường, Thu và trưởng Chương này nhóm + NRZ – L: mức tín hiệu phụ thuộc vào cách biểu diễn của bit. Gía trị điệnáp cao thường biểu diễn bit 0, và giá trị điệnáp âm thường là bit 1 (hay ngược lại); như thế mức tín hiệu phụ thuộc vào trạng thái của bit. Vấn đề đặt ra là khi tồn tại một chuỗi dữ liệu gồm nhiều bit 1 hay bit 0. Máy thu nhận được một chuỗi tín hiệu liên tục và có thể nhận ra được là bao nhiêu bit nhờ đồng hộ của máy thu, có thể được hay không được đồng bộ với đồng hồ máy phát. Hình 5.6 + NRZ – I: Trong phương pháp này, sự thay đổi cực tính của mức điệnáp Trang 41/ tổng số 169
Các nhóm 5, 15, 25 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào biểu diễn cho bit 1. Phương pháp này tốt hơn so với NRZ-L do khả năng đồng bộ do sự thay đổi của của tín hiệu khi có bit 1. Như thế khi truyền một chuỗi gồm nhiều bit 1, thì vấn đề đồng bộ đã được giải quyết, còn chuỗi bit 0 thì vẫn còn là vấn đề. Hình 5.6 minh họa các biểu diễn NRZ-L và NRZ-I cho cùng chuỗi dữ liệu. Trong phương pháp NRZ-L; các giá trị điệnáp dương dùng cho bit 0 và âm dùng cho bit 1. Trong phương pháp NRZ-I máy thu nhận ra bit 1 khi có sự thay đổi mức điệnáp. 5.1.2.2. RZ (Return to Zero) Khi xuất hiện một chuỗi bit 1 hay 0 liên tiếp thì máy thu có thể nhận lầm, như thế nhất thiết phải có phương pháp xử lý vấn đề đồng bộ trong các chuỗi bit 1 và 0 liên tiếp. Để đảm bảo có tính đồng bộ thì tín hiệu cần được đồng bộở từng bit, giúp máy thu nhận ra các bit, thiết lập và đồng bộ với đồng hồ máy thu. Trong phương pháp RZ, dùng 3 giá trị: dương, âm và không, tín hiệu có tín đồng bộ tốt, giá trị dương biểu diễn 1 và âm là 0, tuy nhiên bit 1 là giá trị từ dương – zero, còn giá trị 0 thì là âm – không như vẽở hình 5.7. Time Value 0 1 0 0 1 1 1 0 These transitions can be used for synchronization Hình 5.7 Yếu điểm lớn nhất của phương pháp này cần hai mức thay đổi giá trị cho một bit, tức là cần thiết có băng thông rộng hơn. Tuy nhiên, ta sẽ thấy đây là phương pháp hiệu quả nhất. Một phương pháp mã hóa tín hiệu số tốt thì phải có dự phòng cho chế độ đồng bộ. 5.1.2.3. BIPHASE: Đây có thể là phương pháp đồng bộ hóa tốt nhất hiện nay. Trong phương pháp này thì tín hiệu thay đổi vào khoảng giữa thời khoảng bit nhưng không về zêrô. Bù lại, nó tiếp tục theo cực ngược lại. Tương tự như trong RZ, các đoạn giữa thời khoảng bit này cho phép tạo đồng bộ. Có hai phương pháp mã hóa biphase hiện đang được dùng: mã Manchester và Manchester vi sai. Hình 5.8 vẽ các tín hiệu Manchester và Manchester vi sai cho cùng một loại chuỗi bit. Hình 5.8 + Manchester: Mã hóa Manchester dùng phần đảo tại khoảng giữa của các thời khoảng bit bản dịch Hiệu chịu trách nhiệm gồm Cường, Thu và trưởng Chương này nhóm được dùng cho đồng bộ và biểu diễn bit. Thay đổi từ âm – dương biểu diễn bit 1và từ dương – âm là bit 0. Phương pháp này dùng một chuyển đổi cho hai mục đích, như thế mã Manchester cho phép có cùng mức đồng bộ như RZ, nhưng chỉ dùng hai mức biên độ. + Manchester vi sai: Trong phương pháp này, phần đảo tại khoảng giữa các thời khoảng bit được dùng cho đồng bộ, nhưng sự hiện diện hay không hiện diện của việc chuyển trạng thái tại đầu của thời khoảng được dùng để nhận dạng bit. Có chuyển t rạng thái tức Trang 42/ tổng số 169
Các nhóm 5, 15, 25 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào là bit 0 và không chuyển trạng thái là bit 1. Mã Manchester vi sai c ần có hai tín hiệu thay đổi để biểu diễn bit 0 và chỉ cần một cho trường hợp bit 1. 5.1.3. BIPOLAR Tương tự như RZ, bipolar dùng ba mức điệnáp: dương, âm, và zêrô. Khác với RZ, trong trường hợp này thì mức zêrô lại được dùng để biểu diễn bit 0 Bit 1 được lần lượt biểu diễn từ các giá trị dương rồi âm. Nếu bit 1 đầu tiên là dương, thi bit 1 kế tiếp sẽ có biên độ có giá trị âm, và cứ thế tiếp tục. Thay đổi này vẫn có giá trị ngay khi các bit 1 không liên tiếp xuất hiện. Có ba dạng mã hóa bipolar dùng trong thông tin số: AMI, B8ZS, và HDB3 như trong hình 5.9. Hình 5.9 5.1.3.1. AMI (Bipolar Alternate Mark Inversion) Là dạng mã bipolar đơn giản nhất, trong thuật ngữ này thì mark có nghĩa là bit 1 (đến từý niệm của điện tín: mark và space). Như thế AMI tức là giá trị 1 tuần tự thay đổi dấu. Giá trị mức điệnáp zero được dùng biểu diễn bit 0, các giá trị bit 1 lần lượt nhận các giá trị điệnáp dương rồi âm, như hình 5.10. Hình 5.10 Biến thể của phương pháp này được gọi là giả tam nguyên (pseudo-ternary) theo đó các bit 0 lần lượt nhận các giá trị điệnáp dương và âm. Khi thay đổi lần lượt các mức điệnáp của bit 1 thì AMI đã thực hiện được hai vấn đề: đầu tiên, làm triệt tiêu thành phần DC của tín hiệu, thứ hai, có thể thực hiện đồng bộ đối với chuỗi các giá trị bit “1” liên tiếp. Có hai biến thể của AMI nhằm giải quyết bài toán khi có chuỗi bit 0 liên tiếp xuất hiện trong truyền dẫn cự ly xa. Tại Bắc Mỹ, là B8ZS và tại Nhật và Châu Âu, dùng HDB3. Hai phương pháp này đều ứng dụng cơ sở của AMI trong đó có thay đổi mẫu cơ bản chỉ trong trường hợp có chuỗi liên tiếp nhiều bit 0. 5.1.3.2. B8ZS (Bipolar 8- Zero Substitution): B8ZS là qui ước được dùng tại Bắc Mỹ nhằm cung cấp đồng bộ cho chuỗi nhiều bit 0. Chức năng của B8ZS thì tương tự như AMI, theo đó AMI thay đổi cực tính sau mỗi lần xuất hiện bit 1, nhằm cung cấp đồng bộ cho máy thu. Tuy nhiên khi xuất hiện một chuỗi liên tiếp các bit 0 thì phương pháp này không đáp ứng được dễ bị mất đồng bộ. Sự khác biệt giữa AMI và B8ZS xuất hiện khi có hơn hay bằng 8 bit 0 liên bản dịch Hiệu chịu trách nhiệm gồm Cường, Thu và trưởng Chương này nhóm tiếp trong dòng dữ liệu. Giải pháp mà B8ZS đưa ra làáp đặt cho tín hiệu thay đổi một cách nhân tạo, được gọi là vi phạm (violation), trong dòng các bit 0. Khi có 8 bit 0 liên tiếp xuất hiện, B8ZS đưa vào các thay đổi trên mẫu tín hiệu dựa trên cực tính của bit 1 vừa xuất hiện (bit 1 xuất hiện ngay trước chuỗi các bit 0), xem hình 5.11. Hình 5.11 Nếu bit 1 trước đó có cực tính dương, thì các bit 0 sẽ được mã hóa theo zêrô, zêrô, zêrô, dương, âm, zêrô, âm, dương. Xin chúý là máy thu đang tìm kiếm sự thay đổi cực tính liên tiếp thay đổi của bit 1. Khi máy thu nhận thấy hai cực tính Trang 43/ tổng số 169
Các nhóm 5, 15, 25 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào dương liên tiếp nhau, tiếp theo là 3 bit 0, thì nhận ra dấu hiệu vi phạm chứ không phải là lỗi, nên tiếp tục tìm kiếm cặp vi phạm thứ hai. Nếu tìm được, thì máy thu diễn dịch tất cả 8 bit thành bit 0 và chuyển chúng sang chế độ AMI thông thường. Nếu cực tính của bit 1 trước đó là âm, thì các mẫu vi phạm là tương tự nhưng có cực tính đổi lại, như vẽở hình 11. 5.1.3.3. HDB3 (High-Density Bipolar) Phương pháp này đưa thay đổi vào mẫu tín hiệu AMI khi xuất hiện 4 bit 0 liên tiếp, chứ không cần là 8 bit như B8ZS,như vẽở hình 5.12. Hình 5.12 Tương tự như trong B8ZS, các mẫu vi phạm trong HDB3 dựa trên cực tính của bit 1 trước đó. Tuy nhiên, HDB3 cũng đồng thời quan sát số bit 1 xuất hiện trong dòng bit kể từ khi xuất hiện thay thế trước đó. Tổng số bit 1 trong lần thay thế trước đó là lẻ, HDB3 đưa vi phạm vào vị trí của bit 0 thứ tư liên tiếp. Nếu cực tính của bit trước đó là âm, thì vi phạm là âm. Khi số bit 1 trước đó là chẵn, HDB3 đưa vi phạm vào vị trí thứ nhất và thứ tư trong chuỗi bốn bit 0 liên tiếp. Nếu cực tính của bi t trước đó là dương, thì các vi phạm là dương. Các trường hợp này được vẽ trong hình 12. Như thế, các điểm vi phạm chính là phương pháp máy thu nhận ra và thiết lập đồng bộ cho hệ thống. Thí dụ 1: Dùng B8ZS, mã hóa dòng bit 1000000000010. Giả sử cực tính của bit 1 trước đó là dương. Kết quả như vẽ ở hình 5.13: Hình 5.13 Thí dụ 2: Dùng HDB3, mã hóa dòng bit 1000000000010. Giả sử số của bit 1 trước đó là lẻ và bit 1 đầu tiên là dương. Kết quả vẽở hình 5.14. Hình 5.14 5.2. CHUYỂN ĐỔI ANALOG – DIGITAL Đôi khi ta cũng cần rời rạc hóa tín hiệu tương tự, thí dụ như khi gửi tín hiệu thoại qua đường dây dài, do tín hiệu số có tính chống nhiễu tốt hơn so với tín hiệu analog. Quá trình này được gọi là chuyển đổi tương tự - số hay còn gọi là quá trình số hóa tín hiệu analog. Điều này cho phép giảm thiểu khối lượng lớn các giá trị trong thông tin của tín hiệu analog để có thể được biểu diễn thành luồng tín hiệu số bản dịch Hiệu chịu trách nhiệm gồm Cường, Thu và trưởng Chương này nhóm mà không bị thất thoát thông tin. Hình 5.15 minh họa bộ chuyển đổi tương tự - số, còn được gọi là bộ codec (coder – decoder). Analog/Digital Conversion (codec) Hình 5.15 Trong chuyển đổi tương tự - số, ta biểu diễn các thông tin có trong tín hiệu liên tục thành chuỗi các tín hiệu số (1 hay 0). Trong chuyển đổi tương tự - số, ta có thể dùng bất kỳ dạng tín hiệu số đã Trang 44/ tổng số 169
Các nhóm 5, 15, 25 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào bàn trong mục 5.1, tuy nhiên điều quan trọng nhất là phương pháp chuyển đổi phải không làm thất thoát hay làm giảm chất lượng tin. 5.2.1. PAM (Pulse Amplitude Modulation): Bước đầu tiên trong chuyển đổi tương tự - số là điều chế biên độ - xung (PAM: pulse amplitude modulation). Kỹ thuật này lấy tín hiệu analog, lấy mẫu và tạo ra chuỗi xung là kết quả của phần lấy mẫu này. Phương pháp lấy mẫu này được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghệ khác thông tin số liệu. Tuy nhiên, phương pháp PAM là bước đầu của phương pháp biến đổi tương tự -số, được gọi là PCM (pulse code modulation). Hình 5.16 PAM dùng một kỹ thuật gọi là lấy mẫu và giữ (sample and hold) như vẽở hình 5.16. PAM không được dùng trong thông tin số với lý do là tuy đã rời rạc hóa nhưng tín hiệu PAM cũng chứa quá nhiều thành phần biện độ với các giá trị khác nhau (vẫn còn là dạng analog), như thế cần có một phương pháp khác thích hợp hơn, gọi là PCM. 5.2.2. PCM (Pulse Coded Modulation): PCM chuyển tín hiệu PAM sang tín hiệu số, như thế cần có thêm một bước lượng tử hóa (quantalization), là phương thức gán các giá trị chung cho các tín hiệuở trong cùng một mức, như vẽở hình 5.17. Hình 5.17 Hình 5.18 trình bày một phương thức đơn giản để gán các giá trị dấu và xuất cho các mẫu lượng tử. Mỗi giá trị được chuyển sang giá trị bay bit nhị phân tương ứng, bit thứ tám nhằm biểu thị dấu. + 024 00011000 + 038 00100110 + 048 00110000 + 039 00100111 + 052 00110110 + 088 01011000 + 026 00011010 + 127 01111111 + 077 01001101 Sign bit + is 0 is 1 Hình 5.18 Các bit nhị phân này được biến thành tín hiệu số dùng một trong các phương pháp chuyển đổi số - số đã thảo luậnở chương trước. Hình 5.19 vẽ kết quả của phương pháp điều chế xung mã PCM của một tín hiệu số được chuyển theo mã bản dịch Hiệu chịu trách nhiệm gồm Cường, Thu và trưởng Chương này nhóm unipolar, trong hình chỉ vẽ giá trị 3 mẫu đầu. Hình 5.19 PCM được thực hiện theo 4 bước: lấy mẫu và giữ (PAM), lượng tử hóa, mã hóa nhị phân và mã hóa số - số. Hình 5.20 minh họa quá trình này. PCM là phương pháp lấy mẫu tín hiệu được dùng trong số hóa tín hiệu thoại trong truyền dẫn T - line trong hệ thống viễn thông Bắc Mỹ. Hình 5.20 + Tốc độ lấy mẫu (sampling rate) Theo định lý Nyquist, để bảo đảm độ Trang 45/ tổng số 169
Các nhóm 5, 15, 25 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào chính xác khi khôi phục tín hiệu tín hiệu analog nguyên thủy dùng phương pháp PAM thì tốc độ lấy mẫu phảiít nhất hai lần tần số cao nhất của tín hiệu gốc. Thí dụ, để có thể lấy mẫu tín hiệu thoại có tần số cao nhất 4000Hz, ta cần có tốc độ lấy mẫu là 8000 mẫu/ giây. Theo định lý Nyquist thì tốc độ lấy mẫu phảiít nhất lớn hơn hai lần tần số tín hiệu cao nhất. Tốc độ lấy mẫu hai lần lớn hơn tần số x HZ tức là tín hiệu phải được lấy mẫu tại (½) x giây. Dùng thí dụ lấy mẫu tín hiệu thoại, tức là một mẫu cho mỗi (1/8000) giây, như minh họaở hình 5.21. Hình 5.21 Thí dụ 3: Cho biết tốc độ lấy mẫu của tín hiệu có băng thông 10.000 Hz (từ 1.000 đến 11.000 Hz)? Giải: Tốc độ lấy mẫu phải là hai lần tần số cao nhất của tín hiệu Tốc độ lấy mẫu = 2 (11.000) = 22.000 mẫu/ giây. + Số bit trong mỗi mẫu Sau khi tìm được tốc độ lấy mẫu, ta cần xác định số bit cần truyền trong mỗi mẫu. Điều này tùy thuộc vào mức chính xác cần thiết. Số bit được chọn sao cho tín hiệu gốc có thể được tái tạo biên độ với độ chính xác cần thiết. Thí dụ 4: Lấy mẫu tín hiệu, mỗi mẫu cần 12 mức chính xác ( + 0 đến + 5 và –0 đến – 5). Hỏi cần bao nhiêu bit cần truyền trong mỗi mẫu? Giải: Cần bốn bit; 1 bit dùng biểu diễn dấu, và 3 bit cho giá trị. Với 3 bit ta có thể biểu diễn được 23 =8 mức (000 đến 111), nhiều hơn yêu cầu cần có. Hai bit thì không đủ do 22 = 4, còn 4 thì quá nhiều do 24 = 16. + Tốc độ bit (bit rate): Sau khi có được số bit trong mẫu, ta cần tính tốc độ bit dùng công thức sau: Tốc độ bit = tốc độ lấy mẫu. số bit trong mỗi mẫu. Thí dụ 5: Cần số hóa tín hiệu thoại, tìm tốc độ bit với giả sử có 8 bit trong mỗi mẫu? Tiếng nói con người thường tồn tại trong vùng tần số từ 0 đến 4000 Hz, như thế tốc độ lấy mẫu là: Tốc độ lấy mẫu = 4000 x 2 = 8000 mẫu/giây. Tốc độ bit được tính theo: Tốc độ bit = Tốc độ lấy mẫu x số bit trong mỗi mẫu = 8000 x 8 = 64.000 bps bản dịch Hiệu chịu trách nhiệm gồm Cường, Thu và trưởng Chương này nhóm =64Kbps 5.3. CHUYỂN ĐỔI SỐ-TƯƠNG TỰ(Điều chế số) Chuyển đổi số-tương tự hay điều chế số-tương tự là quá trình thay đổi một đặc tính của tín hiệu analog dựa trên thông tin của tín hiệu số (0 và 1). Khi truyền dữ liệu từ một máy tính sang máy tính khác dùng đường dây điện thoại công cộng, thì ta truyền tín hiệu số của máy tính, nhưng do dây điện thoại lại mang tín hiệu analog, nên nhất thiết phải chuyển đổi tín hiệu số này. Tín hiệu số cần được điều chế dùng tín hiệu analog để thể hiện hai giá trị phân biệt của tín hiệu số, như minh họa ở hình 5.22. Trang 46/ tổng số 169
Các nhóm 5, 15, 25 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào Hình 5.22 Có nhiều cơ chế dùng cho điều chế số-tương tự, ta chỉ thảo luận các phương thức thông dụng trong thông tin dữ liệu. Như ta đã biết thì tín hiệu sin được định nghĩa từ ba đặc tính: biên độ, tần số và góc pha. Trong truyền số liệu thì quan tâm đến các phương pháp sau: ASK (amplitude shift keying), FSK (frequency shift keying), PSK (phase shift keying). Ngoài ra còn có phương thức thứ tư là QAM (quadrature amplitude modulation) là phương thức điều chế rất hiệu quả dùng trong các modem. Hình 5.23 5.3.1. ASK (amplitude shift keying): + Các yếu tố của chuyển đổi số - tương tự Có hai yếu tố quan trọng trong chuyển đổi số -tương tư: tốc độ bit/baud và tín hiệu sóng mang. Tốc độ bit và tốc độ baud (bit rate and baud rate): Có hai thuật ngữ thường dùng trong truyền số liệu là tốc độ bit (bit rate) và tốc độ baud (baud rate). Tốc độ bit là số bit được truyền trong một giây, Tốc độ baud là cho bit số đơn vị tín hiệu trong một giây cần có để biểu diễn số bit vừa nêu. Khi nói về hiệu quả của máy tính, thì tốc độ bit luôn là yếu tố quan trọng. Tuy nhiên, trong truyền số liệu ta lại cần quan tâm đến hiệu quả truyền dẫn dữ liệu từ nơi này đến nơi khác, như thế khi dùngít đơn vị tín hiệu cần có, thì hiệu quả càng cao, và băng thông truyền càng thấp; như thế thì cần chúý đến tốc độ baud. Tốc độ baud xác định băng thông cần thiết để truyền tín hiệu. Tốc độ bit là tốc độ baud nhân với số bit trong mỗi đơn vị tín hiệu. Tốc độ baud là tốc độ bit chia cho số bit biểu diễn trong mỗi đơn vị truyền. Tốc độ bit là số bit trong mỗi giây. Tốc độ baud là số đơn vị tín hiệu trong mỗi giây. Tốc độ baud thường bé hơn hay bằng tốc độ bit. Mộtý niệm tương đồng có thể giúp hiểu rõ vấn đề này; baud tương tư như xe khách, còn bit tương tự như số hành khách. Một chuyến xe mang một hoặc nhiều hành khách. Nếu 1000 xe di chuyển từ điểm này sang điểm khác chỉ mang một hành khách (thí dụ lái xe) thì mang được 1000 hành khách. Tuy nhiên, với số xe này, mỗi xe mang 4 người, thì ta vận chuyển được 4000 hành khách. Chúý là chính số xe, chứ không phải số hành khách, là đơn vị lưu thông trên đường, tức là tạo nhu cầu về độ rộng của xa lộ. Nói cách khác, tốc độ baud xác định băng thông cần thiết, chứ không phải số bit. bản dịch Hiệu chịu trách nhiệm gồm Cường, Thu và trưởng Chương này nhóm Thí dụ 6: Một tín hiệu analog mang 4 bit trong mỗi phần tử tín hiệu. Nếu 1000 phần tử tín hiệu được gửi trong một giây, xác định tốc độ baud và tốc độ bit. Giải: Tốc độ baud = số đơn vị tín hiệu = 1000 baud/giây Tốc độ bit = tốc độ baud x số bit trong một đơn vị tín hiệu =1000 x 4 = 4000 bps. Thí dụ 7: Tốc độ bit của tín hiệu là 3000. Nếu mỗi phần tử tín hiệu mang 6 bit, cho biết tốc độ baud? Trang 47/ tổng số 169
Các nhóm 5, 15, 25 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào Giải: Tốc độ baud = tốc độ bit/ số bit trong mỗi phần tử tín hiệu = 3000/6 =500 baud/giây Tín hiệu sóng mang (carrier signal): Trong truyền dẫn analog thì thiết bị phát tạo ra tần số sóng cao tần làm nền cho tín hiệu thông tin. Tín hiệu nền này được gọi là sóng mang hay tần số sóng mang. Thiết bị thu được chỉnh định để thu tần số sóng mang trong đó có tín hiệu số được điều chế và tín hiệu mang thông tin được gọi là tín hiệu điều chế. Phương pháp này được trình bày trong hình 5.24, với các bit 1 và 0 làm thay đổi biên độ của tín hiệu sóng mang, trong đó tốc độ truyền tín hiệu ASK bị giới hạn bởi các đặc tính vật lý của môi trường truyền. Hình 5.24 Điều không may là truyền dẫn ASK thường rất nhạy cảm với nhiễu. Nhiễu này thường là các tín hiệu điệnáp xuất hiện trên đường dây từ các nguồn tín hiệu khácảnh hưởng được lên biên độ của tín hiệu ASK. Ngoài ra, còn có một phương pháp ASK thông dụng và được gọi là OOK (on-off keying). Trong OOK thì có một giá trị bit tương đương với không có điệnáp. Điều này cho phép tiết kiệm đáng kể năng lượng truyền tin. Băng thông dùng cho ASK: Khi phân tích phổ tín hiệu điều chế ASK, ta có giá trị phổ vẽở hình 25 trong đó có các yếu tố quan trọng là sóng mang fcở giữa, các giá trị fc – Nbaud/2 và fc + Nbaud/2ở hai biên. Hình 5.25 Băng thông cần thiết cho ASK được tính theo: BW = (1 + d). Nbaud. Trong đó: BW: băng thông Nbaud: tốc độ baud d: là thừa số liên quan đến điều kiện đường dây (có giá trị bé nhất là 0) Ta sẽ thấy là băng thông tối thiểu cần cho quá trình truyền thì bằng tốc độ baud. Tuy chỉ truyền với một tần số sóng mang, nhưng quá trình điều chế có thể tạo ra tín hiệu phức tạp là tổ hợp của nhiều tần số đơn giản, với các tần số khác nhau. Thí dụ 8: Tìm băng thông của tín hiệu ASK truyền với tốc độ 2000 bps. Chế độ truyền bán song công. bản dịch Hiệu chịu trách nhiệm gồm Cường, Thu và trưởng Chương này nhóm Giải: Trong ASK thì tốc độ bit và tốc độ baud là như nhau. Tốc độ baud là 2000 bps, nên tín hiệu ASK cần có băng thông tối thiểu bằng tốc độ baud. Như thế, băng thông tối thiểu là 2000 Hz. Thí dụ 9: Tín hiệu ASK có băng thông là 5000 Hz, tìm tốc độ bit và tốc độ baud? Giải: Trong ASK thì tốc độ baud bằng băng thông, tức là tốc độ baud là 5000, đồng thời do tốc độ bit bằng tốc độ baud nên tốc độ bit là 5000 bps. Trang 48/ tổng số 169
Các nhóm 5, 15, 25 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào Thí dụ 10: Cho băng thông 10.000 Hz (1000 đến 11.000 Hz), vẽ giản đồ ASK song công (full duplex) của hệ thống. Tìm tần số sóng mang và băng thông, giả sử không có khoảng trống giữa các dải tần theo hai hướng. Giải: Trong điều chế ASK song công, băng thông trong mỗi chiều là BW = 10.000/2 = 5.000 Hz Tần số sóng mang là tần số giữa, như hình 5.26: fc thuận = 1.000 + 5.000/2 = 3500 Hz fc nghịch = 11.000 - 5.000/2 = 8500 Hz Hình 5.26 5.3.2. FSK (frequency shift keying): Trong phương pháp này, tần số của tín hiệu sóng mang thay đổi để biểu diễn các bit 1 và 0, trong khi biên độ và góc pha được giữ không thay đổi như vẽở hình 5.27. FSK tránh được hần hết các dạng nhiễu của ASK. Do máy thu chỉ quan tâm đến yếu tố thay đổi tần số trong một chu kỳ, nên bỏ qua được các gia nhiễu điệnáp. Yếu tố giới hạn lên FSK là khả năng vật lý của sóng mang. Hình 5.27 Băng thông của FSK: Do FSK dịch chuyển giữa hai tần số sóng mang, nên cũng đơn giản trong phân tích chúng như hai tần số cùng tồng tại. Có thể nói rằng phổ FSK chính là tổ hợp của hai phổ ASK tập trung quanh fC0 và fC1. Băng thông cần thiết để truyền dẫn FSK chính là tốc độ baud của tín hiệu cộng với độ dịch tần số (sai biệt giữa hai tần số sóng mang) như vẽở hình 5.28: BW = /fC0 - fC1/ + Nbaud Tuy chỉ có hai tần số sóng mang, nhưng quá trình điều chế cũng tạo ra tín hiệu hỗn hợp là tổ hợp của nhiều tín hiệu đơn giản, với các tần số khác nhau. Thí dụ 11: Tìm băng thông tối thiểu của tín hiệu FSK truyền với tốc độ 2.000 bps. Chế độ truyền dẫn bán song công và các sóng mang cần được phân cách bởi dải tần 3.000 Hz. Giải: Tín hiệu FSK dùng hai tần số fC0 và fC1, nên; BW = (fC1 - fC0) + Tốc độ baud Do trong trường hợp này thì tốc độ bit bằng tốc độ baud, nên BW = (fC1 - fC0) + Tốc độ baud = (3.000) + 2.000 = 5.000 Hz bản dịch Hiệu chịu trách nhiệm gồm Cường, Thu và trưởng Chương này nhóm Thí dụ 12: Tìm tốc độ bit lớn nhất của tín hiệu FSK nếu băng thông của môi trường là 12.000 HZ và sai biệt giữa hai sóng mangít nhất là 2.000 Hz, chế độ truyền song công. Giải: Với chế độ truyền song công, thì chỉ có 6.000 Hz là được truyền theo mỗi hướng (thu hay phát). Đối với FSK, khi có fC1 và fC0 là tần số sóng mang Nên Tốc độ baud = BW - (fC1 - fC0) = 6.000 – 2.000 = 4.000 Hz Đồng thời, do tốc độ baud bằng tốc độ bit nên tốc độ bit cũng là 4.000 bps Trang 49/ tổng số 169
Các nhóm 5, 15, 25 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào Hình 5.28 5.3.3. PSK (phase shift keying): Trong phương pháp này, pha của sóng mang thay đổi để biểu diễn các bit 1 và 0. Các giá trị biên độ và tần số không đổi. Thí dụ, nếu ta bắt đầu với góc pha 0 0 để biểu diễn bit 0 và giá trị 1800 để gửi giá trị bit 1. Góc pha của tín hiệu không đổi trong 1 chu kỳ bit (0 hay 1) như vẽở hình 5.29. Hình 5.29 Phương thức vừa trình bày thường được gọi là 2-PSK hay BSK, do ta chỉ dùng hai góc pha khác nhau (00 và 1800 ). Hình 30 làm rõ hơn quan hệ giữa góc pha và các bit. Một dạng sơ đồ khác, được gọi là giản đồ trạng thái – pha được vẽở hình 5.30. Hình 5.30 PSK không bịảnh hưởng của các dạng nhiễu tác động lên dạng ASK, đồng thời cũng không bịảnh hưởng của yếu tố băng thông rộng như FSK. Điều này có nghĩa là một thay đổi bé của tín hiệu cũng có thể được máy thu phát hiện, như thế thay vì chỉ dùng hai thay đổi của tín hiệu từ một bit, ta có thể dùng với bốn sự thay đổi thông qua dịch pha của hai bit như hình 5.31. Amplitude 1 baud 1 second 1 baud 1 baud 1 baud 1 baud 2 bits 01 2 bits 10 2 bits 10 2 bits 11 2 bits 00 Bit rate: 10 Baud rate: 5 Time Hình 5.31 Giản đồ pha -trạng thái của hình 5.31 được minh họaở hình 5.32. Một góc 00 được biểu diễn bởi 00; 900 được biểu diễn bởi 01; 1800 được biểu diễn bởi 10 và 2700 được biểu diễn bởi 11. Kỹ thuật này được gọi là 4 – PSK hay Q – PSK. Cặp bit dùng để biểu diễn góc pha được gọi là dibit. Ta có thể truyền dữ liệu hai lần nhanh hơn khi dùng 4 – PSK thay vì dùng 2 – PSK. Constellation diagram 10 00 Dibit Phase 00 0 01 90 10 180 11 270 Dibit (2 bits) 01 11 Hình 5.32 Từ đó, có thể phát triển lên 8 – PSK. Thay vì dùng góc 900 , ta thay đổi tín hiệu từ các góc pha 450 . Với 8 góc pha khác nhau, dùng ba bit (một tribit), theo đó quan hệ giữa số bit tạo thay đổi với góc pha là lũy thừa của hai. Đồng thời 8 – PSK cũng cho phép truyền nhanh gấp 3 lần so với 2 – PSK, như minh họaở hình 33. Hình 5.33 Băng thông dùng cho PSK: bản dịch Hiệu chịu trách nhiệm gồm Cường, Thu và trưởng Chương này nhóm Băng thông tối thiểu dùng cho truyền dẫn PSK thì tương tự như của ASK, tuy nhiên tốc độ bit tối đa thì lớn hơn nhiều lần. Tức là tuy có cùng tốc độ baud tối đa giữa ASK và PSK, nhung tốc độ bit của PSK dùng cùng băng thông này có thể lớn hơn hai hay nhiều lần như minh họaở hình 5.34. Hình 5.34 Thí dụ 13: Tìm băng thông của tín hiệu QPSK truyền dẫn với tốc độ 2.000 bps theo chế độ bán song công. Giải: Trang 50/ tổng số 169
Các nhóm 5, 15, 25 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào Trong phương pháp 4 – PSK thì tốc độ baud là phân nửa tốc độ bit, như thế là 1.000. Trong tín hiệu PSK thì tín hiệu có băng thông bằng tốc độ baud, nên băng thông là 1.000 Hz Thí dụ 14: Cho tín hiệu 8 – PSK có băng thông 5.000 Hz, tìm tốc độ bit và tốc độ baud? Giải: Trong PSK thì tốc độ baud bằng với băng thông, tức là tốc độ baud bằng 5.000, còn tốc độ bit bằng ba lần tốc độ baud tức là 15.000 bps. 5.3.4 QAM (quadrature Amplitude Modulation) PSK bị giới hạn từ khả năng phân biệt các thay đổi góc pha nhỏ của thiết bị, điều này làm giảm tốc độ bit. Từ trước đến nay, ta chỉ mới khảo sát riêng lẻ các yếu tố biên độ, góac pha và tần số của sóng mang, nhưng khả năng phối hợp của chúng ra sao? Giới hạn về băng thông của FSK không cho phép kết hợp phương thức này với các phương thức còn lại. Tuy nhiên, có thể kết hợp ASK và PSK để tạo nên phương thức QAM (quadrature amplitude modulati on). QAM là phương thức kết hợp giữa ASK và PSK sao cho ta khai thác được tối đa sự khác biệt giữa dibit, tribit, quabit và tiếp tục. Có nhiều khả năng biến thể của QAM, về mặt lý thuyết thì có rất nhiều. Hình 35 có thấy hai khả năng cấu hình nên 4 – QAM và 8 – QAM, Trong hai trường hợp thì số lần thay đổi biên độ thườngít hơn thay đổi của góc pha. Do nhiểuảnh hưởng lên được biên độ của tín hiệu nên nhất thiết phải tạo ra được phân cách tốt giữa các mức tín hiệu., xem hình 35 và 36. Quan hệ hình học của QAM có thể thể hiện dưới nhiều dạng khác nhau như trong hình 5.37, trong đó minh họa 3 cấu hình thường gặp của 16 - QAM. Hình 5.37 Trong đó, trường hợp đầu dùng 3 biên độ và 12 pha, giảm thiểu tốt nhiểu do có tỉ số giữa góc pha và biên độ lớn như ITU - đề nghị. Trường hợp thứ hai, bốn biên độ và 8 pha, theo yêu cầu của mô hình OSI, khi quan sát kỹ, ta sẽ thấy là cấu hình theo dạng đồng trục, không xuất hiện yếu tố giao nhau giữa các biên độ và pha. Thực ra, với 3 x 8 ta có đến 32 khả năng. Tuy nhiên khi mới sử dụng phân nữa khả năng này, thì sai biệt góc pha đo lường được đã gia tăng cho phép đọc tín hiệu tốt hơn rồi. Thông thường thì QAM cho thấyít bịảnh hưởng của nhiễu hơn so với ASK (do có yếu tố pha) + Băng thông của QAM: Băng thông tối thiểu cần cho truyền dẫn QAM thì giống như của ASK và bản dịch Hiệu chịu trách nhiệm gồm Cường, Thu và trưởng Chương này nhóm PSK, đồng thời QAM cũng thừa hưởngưu điểm của PSK so với ASK. + So sánh tốc độ bit/tốc độ baud: Giả sử tín hiệu FSK được dùng truyền tín hiệu qua đường thoại có thể gửi đến 1200 bit trong một giây, tức có tốc độ bit là 1200 bps. Mỗi tần số thay đổi biểu diễn một bit; như thế thì cần có 1200 phần tử tín hiệu để truyền 1200 bit. Trong tốc độ baud, cũng là 1200 bps. Mỗi thay đổi của tín hiệu trong hệ thống 8 – QAM, được biểu diễn dùng ba bit, như thế với tốc độ bit là 1200 bps, thì tốc độ baud chỉ là 400. Trong hình 38, cho thấy hệ thống dibit có tốc độ baud chỉ bằng phân nửa tốc độ bit, và trong hệ tribit thì tốc độ baud chỉ còn một phần ba tốc độ bit, và Trang 51/ tổng số 169
Các nhóm 5, 15, 25 kiểm tra lại các hình vẽ, bảng biểu chương này lắp vào trường hợp quabit thì tốc độ baud chỉ còn một phần tư tốc độ bit. Bảng B.1 nhằm so sánh tốc độ bit và tốc độ baud trong nhiều phương pháp điều chế số - tương tự. Hình 5.38 Bảng 1 Modulation Units Bits/Baud Baud Rate Bit Rate ASK, FSK, 2-PSK 4-PSK, 4-QAM 8-PSK, 8-QAM 16-QAM 32-QAM 64- QAM 128-QAM 256-QAM Bit Dibit Tribit Quadbit Pentabit Hexabit Septabit Octabit 1 2 3 4 5 6 7 8 N N N N N N N N N 2N 3N 4N 5N 6N 7N 8N Thí dụ 15: Giản đồ pha trạng thái gồm 8 điểm cách đều nhau trên một vòng tròn. Nếu tốc độ bit là 4800 bps, tìm tốc độ baud ? Giải: Giản đồ trạng thái-pha cho thấy đây là dạng 8 –PSK với các điểm cách nhau 450 . Do 23 = 8, nên mỗi lần truyền 3 bit, như thế tốc độ baud là 4.800/3 = 1600 baud Thí dụ 16: Tính tốc độ bit của tín hiệu 16 – QAM, có tốc độ baud là 1000? Giải: Hệ thống 16 – QAM dùng 4 bit (quabit) khi truyền (do 24 = 16). Vậy: 1. 000 x 4 = 4.000 bps Thí dụ 17: Tìm tốc độ baud của tín hiệu 64 –QAM có tốc độ bit 72.000 bps? Giải: Trong hệ 64-QAM thì truyền 6 bit trong mỗi phần tử tín hiệu (do 2 6 = 64), vậy: 72.000/6 = 12.000 baud 5.4. CHUYỂN ĐỔI ANALOG –ANALOG Đây là phương pháp chuyển đổi tín hiệu analog sang dạng analog khác để có thể truyền dẫn được, như minh họaở hình 5.39. Hình 5.39 Có ba phương pháp là AM (Amplitude Modulation), FM (Frequency Modulation) và PM (Phase Modulation) như vẽở hình 5.40. Hình 5.40 5.4.1. AM (Amplitude Modulation): Trong phương thức này, sóng mang được điều chế sao cho biên độ thay đổi theo tín hiệu điều chế, trong khi các giá trị tần số và góc pha được giữ không đổi nhu vẽở hình 41, trong đó tín hiệu điều chế trở thành đường bao của sóng mang. bản dịch Hiệu chịu trách nhiệm gồm Cường, Thu và trưởng Chương này nhóm Hình 5.41 + Băng thông của tín hiệu AM: Băng thông của tín hiệu AM thì bằng hai lần băng thông của tín hiệu điều chế và bao phủ vùng xung quanh tần số trung tâm của sóng mang (xem hình 42, trong đó vẽ phổ của tín hiệu). Băng thông của tín hiệu voice thường là 5 KHz. Như thế các đài phát thanh AM cần băng thông tối đa là 10 KHz. Trong thực tế, FCC (Federal Communication Commission) cho phép mỗi đài AM có băng thông là 10 KHz. Các đài AM phát các tần số sóng mang từ 530khz đến 1700 KHz (1,7 MHz). Trang 52/ tổng số 169