Chương 7: Công nghệ truyền thông và mạng
Giải thích về các giao thức truyền thông
ã Mô tả tín hiệu và phương tiện dùng để truyền tải
các tín hiệu số
ã So sánh và đối chiếu các phương thức giải mã và
truyền tải dữ liệu sử dụng tín hiệu số và tương tự
ã Mô tả các phương thức sử dụng kênh truyền thông
hiệu quả
ã Mô tả phương thức bảo vệ và sửa chữa các lỗi
truyền dữ liệu
53 trang |
Chia sẻ: lvcdongnoi | Lượt xem: 2452 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Chương 7: Công nghệ truyền thông và mạng, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Kiến trúc máy tính
Chương 7
Công nghệ truyền thông
và mạng
2Kiến trúc máy tính
Mục tiêu
• Giải thích về các giao thức truyền thông
• Mô tả tín hiệu và phương tiện dùng để truyền tải
các tín hiệu số
• So sánh và đối chiếu các phương thức giải mã và
truyền tải dữ liệu sử dụng tín hiệu số và tương tự
• Mô tả các phương thức sử dụng kênh truyền thông
hiệu quả
• Mô tả phương thức bảo vệ và sửa chữa các lỗi
truyền dữ liệu
3Kiến trúc máy tính
Hình 8.1
Mục đích của
chương
Truyền thông ngoài
Các giao thức truyền thông
Mã hoá và truyền bit
Phương tiện truyền thông
Tổ chức kênh truyền
Đồng bộ clock
Phát hiện và sửa lỗi Phần mềm
Truyền thông
ngoài Lưu trữ Xử lý
Truyền thông bên trong
M
ạ
n
g
4Kiến trúc máy tính
Các giao thức truyền thông
• Các quy định và quy ước đối với truyền thông
– Nội dung và định dạng của thông báo
– Mã hóa bit
– Truyền tín hiệu
– Phương thức truyền
– Tổ chức kênh
5Kiến trúc máy tính
Các giao thức truyền thông
• Bao gồm quy trình phối hợp luồng dữ liệu
– Phương tiện truy cập
– Đồng bộ hóa clock
– Phát hiện và sửa lỗi
6Kiến trúc máy tính
Hình 8-2
Các thành phần trong
giao thức truyền thông
Giao thức truyền
thông
Nội dung
Dữ
liệu
Lệnh thực
hiện
Truyền
tin
Phương
tiện
Mã hoá
Bit
Truyền bit
Tổ chức
kênh
Đơn/Song
(kép)
Nối tiếp/
song song
Chia sẻ
kênh
Phối hợp
Đồng bộ
clock
Phát hiện
và sửa lỗi
7Kiến trúc máy tính
Mã hóa và truyền thông bit
• Sóng mang
• Cách thức module hóa
• Bit dữ liệu có thể được mã hóa thành các tín hiệu
số hoặc tương tự
• Các tín hiệu
– Điện, quang, sóng radio
– Công suất và chịu lỗi
8Kiến trúc máy tính
Sóng mang
• Một sóng hình sin có các bit được mã hóa (truyền
các bit từ nơi này sang nơi khác)
• Các đặc tính của sóng hình sin: cường độ, pha, và
tần số
• Tầm quan trọng của sóng trong truyền thông
– Có thể truyền thông trong không gian, dây dẫn,
cáp quang
– Có thể có các mô hình đã được mã hóa bên
trong
9Kiến trúc máy tính
Hình 8-3
Đặc điểm của sóng
hình Sin
+A
-A
0
Biên
độ
Chu kỳ
T0 T1 T2 T3 T4
10Kiến trúc máy tính
Phương thức module hóa
• Công nghệ được sử dụng để mã hóa các bit trong
sóng hình sin
– Điều biến tần số (FM)
– Điều biến biên độ (AM)
– Điều biến dịch pha
– Mã hóa đa cấp
11Kiến trúc máy tính
Điều biến biên độ (AM) biểu diễn giá trị bit như
biên độ sóng cụ thể.
Hình 8-6
Dòng bit
11010001 được
mã hoá vào sóng
mang sử dụng
AM
Thời gian T
12Kiến trúc máy tính
Điều biến tần số (FM) biểu diễn giá trị bit bởi một
loạt các tần số sóng mang trong khi biên độ không
thay đổi.
Hình 8-7
Dòng bit
11010001 được
mã hoá vào sóng
mang sử dụng
FM
Thời gian T
13Kiến trúc máy tính
Điều biến dịch pha tạo nên sự dịch chuyển đột ngột
trong pha tín hiệu mà có thể được tìm thấy và dịch
thành dữ liệu.
Hình 8-8
Dòng bit
11010001 được
mã hoá vào sóng
mang sử dụng
điều biến dịch
pha
Thời gian T
14Kiến trúc máy tính
Mã hóa đa cấp gộp nhiều giá trị bit vào trong
một đặc tính sóng đơn lẻ.
Hình 8-8
Dòng bit
11010001 được
mã hoá vào sóng
mang sử dụng AM
đa cấp gộp
Thời gian T
15Kiến trúc máy tính
Tín hiệu tương tự
• Sử dụng một loạt các đặc tính sóng mang để mã
hóa dữ liệu có giá trị liên tục
• Có thể đại diện cho bất cứ giá trị dữ liệu nào trong
tính liên tục của giá trị
16Kiến trúc máy tính
Tín hiệu số
• Có khả năng chứa một số giá trị có thể xác định
• Điều biến mã xung (PCM)
– Dữ liệu nhị phân truyền qua các sóng vuông
– Sóng vuông chỉ thích hợp với khoảng cách ngắn
17Kiến trúc máy tính
Hình 8-10
Dòng bit
11010001 được
mã hoá vào
sóng vuông
(xung)
Thời gian T
18Kiến trúc máy tính
Một lược đồ tín hiệu số xác định một loạt những giá
trị đặc tính sóng đại diện cho mỗi giá trị bit.
Hình 8-11
Sử dụng mức điện
áp để biểu diễn giá
trị nhị phân
Mức điện áp trong khoảng
này biểu diễn giá trị 0
Mức điện áp trong khoảng
này biểu diễn giá trị 1
0(V)
Ngưỡng
2.5 (V) 5(V)
19Kiến trúc máy tính
Công suất và lỗi tín hiệu
• So sánh tín hiệu tương tự và tín hiệu số
– Mang nhiều thông tin hơn
– Có nhiều ảnh hưởng làm cho truyền lỗi
20Kiến trúc máy tính
Hình 8-12
Giới hạn của lỗi
truyền (điện áp
tăng hoặc giảm)
trước khi dữ liệu
mã hoá trong tín
hiện nhị phân
được thay đổi Giới hạn lỗi (điện áp tăng
trước khi giá trị thay đổi
Giới hạn lỗi (điện áp giảm
trước khi giá trị thay đổi
0(v) 5(v)
Ngưỡng
2.5(v)
21Kiến trúc máy tính
Truyền tải đa phương tiện
• Đường truyền thông truyền tải các tín hiệu (như
dây đồng, cáp quang)
• Các đặc điểm
– Tốc độ truyền dữ liệu thô (tốc độ và dung
lượng)
– Dải sóng
– Dễ bị nhiễu, méo, tác động từ phía ngoài, và
yếu đi
22Kiến trúc máy tính
Một kênh truyền thông bao gồm một thiết bị gửi,
một thiết bị nhận và một phương tiện truyền tải
liên kết chúng với nhau.
Hình 8-13
Các thành
phần của kênh
truyền
Kênh truyền
Phương tiện truyền
Máy
gửi
Máy
nhận
23Kiến trúc máy tính
Tốc độ và dung lượng
• Phụ thuộc lẫn nhau; được miêu tả chung như tỉ lệ
truyền dữ liệu (hiệu quả và thô)
• Các nhân tố tính đến sự khác biệt về tốc độ truyền
tải đa phương tiện
– Độ dài
– Cách thức mà các phân đoạn đa phương tiện
được liên kết với nhau
– Tỉ lệ các bit được mã hóa trong tín hiệu và được
người nhận thừa nhận
24Kiến trúc máy tính
Tần số và dải sóng
• Tần số sóng mang
– Phương thức cơ bản của dung lượng dữ liệu
mang (như dung lượng giới hạn)
• Dải sóng
– Sự khác biệt giữa tần số tối đa và tối thiểu của
tín hiệu
– Các kênh dải sóng cao có thể mang nhiều thông
báo cùng một lúc
25Kiến trúc máy tính
Một dãy liên tiếp các
sóng điện từ; và các thuật
ngữ miêu tả tập con của
dãy
Hình 8-15
Phổ tần số điện
từ (101 – 1019
Hz
Tia X
Tia cực tím
Tia sáng thường
Tia hồng ngoại
Sóng vô tuyến
ngắn
Sóng vô tuyến
dài
Sóng viba vệ
tinh
Điện thoại
Sóng FM radio và
TV
Sóng radio AM
26Kiến trúc máy tính
Công nghệMODEM gửi tín hiệu số qua kênh điện
thoại bằng cách mã hóa chúng trong một sóng mang
tương tự. Tốc độ hiện tại là 56,000 bps.
Hình 8-2
Tần số tương
ứng với
truyền dự liệu
trên đường
điện thoại ở
tốc độ 300-bps
Kiểu Tần số Giá trị nhị phân
Truyền
Truyền
Nhận
Nhận
27Kiến trúc máy tính
Tỷ lệ tín hiệu nhiễu (S/N)
• Tiêu chuẩn khác biệt giữa nguồn nhiễu và nguồn
tín hiệu
• Tốc độ chuyển đổi dữ liệu hiệu quả có thể thấp
hơn nhiều so với dữ liệu thô
– Nhiễu điện từ (EMI)
– Yếu
– Méo
– Nhiễu bên trong và bên ngoài
28Kiến trúc máy tính
Tỷ lệ tín hiệu nhiễu chấp nhận được với khoảng cách
5km
Hình 8-16
Tỷ lệ nhiễu -
biểu diễn bởi
một hàm số theo
khoảng cách
ứng với một
kênh giả định
Biên độ
(Decibel)
Biên độ tín hiệu(Decibel) Biên độ nhiễu(Decibel)
30dB tỷ lệ
nhiễu
29Kiến trúc máy tính
Cáp điện
• Truyền tải tín hiệu qua dây cáp đồng
• Có hai loại
– Cặp dây xoắn
• Tương đối rẻ; hạn chế dải sóng, tỷ lệ nhiễu,
và tốc độ truyền
– Trục (đồng trục và trục đôi)
• Đắt hơn, dải sóng lớn hơn, tỷ lệ tín hiệu
nhiễu lớn hơn, ít méo và có khả năng chống
nhiễu từ
30Kiến trúc máy tính
Cáp quang
• Cung cấp dải sóng rất cao, ít sinh nhiễu và méo hơn
và có khả năng chống nhiễu
• Yêu cầu tần số và phát tuần hoàn để trong khoảng
cách xa tín hiệu khỏe, loại bỏ nhiễu và méo
• Hai loại
– Đa chế độ
– Chế độ đơn (tốc độ truyền lớn hơn với chi phí lớn
hơn)
31Kiến trúc máy tính
Truyền tải không dây
• Sử dụng sóng radio ngắn hoặc sóng hồng ngoại để
truyền dữ liệu xuyên qua khí quyển hoặc không
gian
• Ưu điểm
– Dải sóng tương đối cao, tránh cơ sở hạ tầng
dùng dây dẫn, truyền tải liên tục
• Nhược điểm
– Dễ bị tác động từ bên ngoài, chi phí cao đòi hỏi
có nhiều tần số radio không sử dụng, dễ bị nghe
trộm
32Kiến trúc máy tính
Tổ chức kênh
• Vấn đề cấu hình và tổ chức
– Số lượng dây truyền tải hoặc dải tần ấn định
cho mỗi kênh
– Ấn định các dây dẫn hoặc tần số để mang các
tín hiệu cụ thể
– Từ đó chia sẻ hoặc không có các kênh giữa
nhiều người gửi và người nhận
• Ba loại: đơn, bán đôi, đủ đôi
33Kiến trúc máy tính
Tổ chức kênh
Sử dụng hai cặp cáp quang hoặc dây dẫn để hỗ
trợ truyền tải ở cả hai hướng
Đủ đôi
Cũng giống như kênh đơn nhưng gửi tín hiệu
điều khiển để đổi hướng truyền
Bán đôi
Sử dụng cáp quang hoặc dây bằng đồng để
truyền tải dữ liệu theo một hướng duy nhất
Đơn
34Kiến trúc máy tính
Hình 8-20
Cấu hình
trong truyền
dữ liệu: đơn
(a), bán đôi
(b), đủ đôi (c)
Máy
gửi
Máy
gửi
Máy
gửi
Máy
gửi
Máy
nhận
Máy
nhận
Máy
nhận
Máy
nhận
Gói tin
Xác nhận
Xác nhận
Gói tin
Gói tin
Hồi đáp
Xác nhận
Hồi đáp
Đường truyền
Tín hiệu số
Tín hiệu số
Đường truyền
Đường truyền
Đường truyền
Đường truyền
Đường truyền
Đường truyền
Đường truyền thông thường
Dây nối
vòng
Dây nối
vòng
35Kiến trúc máy tính
Truyền tải song song và nối tiếp
• Sử dụng dây đơn để gửi
một bit một lần
• Độ tin cậy cao với các
khoảng cách lớn
• Rẻ hơn khi ứng dụng, sử
dụng ít kênh dây và không
dây
• Sử dụng nhiều đường dây
để gửi nhiều bit liên tục
• Khoảng cách càng dài thì
độ tin cậy càng giảm do bị
lệch và nhiễu xuyên âm
• Cung cấp dung lượng kênh
cao hơn
• Tương đối đắt
Nối tiếpSong song
36Kiến trúc máy tính
Hình 8-21
Truyền
song song 1
byte
Bit dữ liệu
Thiết bị
truyền
Thiết bị
nhận
Truyền xác nhận
37Kiến trúc máy tính
Truyền xác nhận
Truyền nối tiếp
Hình 8-22
Truyền nối
tiếp 1 byte
Thiết bị
truyền
Thiết bị
nhận
38Kiến trúc máy tính
Chia sẻ kênh
• Sử dụng dung lượng sẵn có bằng cách kết hợp
giao thông của nhiều người sử dụng
• Để sử dụng khi không một cá nhân hay ứng dụng
nào cần cung cấp dung lượng dữ liệu chuyển đổi
liên tục
• Các công nghệ
– Chuyển mạch
– Chuyển gói
– Phân chia nhiều tần số
39Kiến trúc máy tính
Công nghệ chia sẻ kênh
• Phân chia một kênh dải rộng thành nhiều kênh
dải cơ sở (như truyền hình cáp)
Phân chia nhiều tần
số
• Phân phối thời gian trong kênh bằng cách chia
nhiều luồng thông báo thành những đơn vị nhỏ
hơn (gói) và trộn chúng trong quá trình truyền
tải
Chuyển gói
• Phân phối toàn bộ kênh tới một cá nhân cho một
quá trình hoạt động chuyển đổi dữ liệu
• Chỉ được sử dụng khi hoãn chuyển đổi dữ liệu
và dung lượng chuyển đổi dữ liệu sẵn có chính
xác và nằm trong giới hạn dự đoán được (như
dịch vụ điện thoại)
Chuyển mạch
40Kiến trúc máy tính
Chuyển mạch gói: gói được gửi đến nơi đến khi dung
lượng kênh có sẵn.
Hình 8-24
chuyển mạch
gói- thường
được dùng
trong dồn
kênh phân
thời gian
Kênh chung
Gói tin
Thông tin
Thông tin
Thông tin
Thông tin
Điểm
truyền
Bộ dồn
kênh
Bộ phân
kênh
41Kiến trúc máy tính
FDM: Các tín hiệu được chuyển đến một kênh phụ tại
một tần số cố định hoặc tần số hẹp.
Hình 8-25
Chia sẻ
kênh truyền
bằng FDM
Điểm
truyền
Kênh chung
Các tần số
Bộ dồn
kênh
Bộ phân
kênh
Thông tin
Thông tin
Thông tin
Thông tin
42Kiến trúc máy tính
Đồng bộ clock
• Đảm bảo người nhận và người gửi sử dụng cùng
một thời điểm và giới hạn để mã hóa/giải mã giá
trị bit
• Truyền không đồng bộ
– Dựa vào tín hiệu khởi đầu và tín hiệu kết thúc
ám chỉ sự bắt đầu và kết thúc của một đơn vị
thông
• Truyền đồng bộ
– Đảm bảo đồng hồ của người gửi/nhận là luôn
luôn đồng bộ bởi việc gửi các luồng dữ liệu liên
tục
43Kiến trúc máy tính
Bit ranh giới thời gian là thẳng hàng; người nhận
không thể dịch được một vài bit chính xác vì
chúng có hai cấp độ tín hiệu khác nhau.
Hình 8-28
Các lỗi truyền
thông – không
đồng bộ
Xung đồng hồ máy gửi
Xung đồng hồ máy nhận
44Kiến trúc máy tính
Truyền đồng bộ: thông báo được truyền tải trong
một nhóm byte có kích thước cố định được gọi là
khối.
Hình 8-29
Định dạng
chuẩn của
gói tin truyền
- sử dụng kỹ
thuật đóng
khung ký tự
đồng bộ
Ký tự
đồng bộ
còn lại
Ký tự
đồng bộ
còn lại
Khối truyền
đồng bộ
Cờ bắt
đầu
Địa chỉ và dữ
liệu định tuyến Nội dung Kiểm tra
lỗi
Cờ bắt
đầu
45Kiến trúc máy tính
Truyền không đồng bộ nối vào một hay nhiều bit
khởi đầu khi bắt đầu mỗi thông báo.
Hình 8-30
Gói ký tự
không đồng
bộ ứng với
truyền nối
tiếp
Tính hiệu
điện
Điện áp
cao
Điện áp
thấp
Thời gian
Giá trị
46Kiến trúc máy tính
Phát hiện và sửa lỗi
• Phát hiện lỗi
– Căn cứ vào khuôn dạng truyền thừa thông tin
– Sự dư thừa tăng thêm thì tăng thêm khả năng
phát hiện lỗi với chi phí bằng khoản phí tổn
dành cho giảm số lượng vật liệu
• Phương thức phát hiện lỗi thông thường
– Kiểm tra chẵn lẻ
– Kiểm tra khối
– Kiểm tra lặp dư thừa
47Kiến trúc máy tính
Tính đa dạng của phát hiện
và sửa lỗi
• Kích cỡ và nội dung của thông tin thừa
• Việc sử dụng hiệu quả kênh truyền thông
• Khả năng một lỗi được phát hiện
• Khả năng một thông báo không có lỗi bị xác định
là có lỗi
• Sự phức tạp của phương thức phát hiện lỗi
48Kiến trúc máy tính
Kiểm tra chẵn lẻ
• Hay còn được gọi là kiểm tra dư thừa theo chiều
dọc
• Có thể kiểm tra số lượng bít chẵn lẻ
• Có tỷ lệ lỗi loại 1 cao
• Các vấn đề tin cậy
– Không tin cậy đối với những kênh gắn với
những lỗi gây ra do các bit liền kề
– Đáng tin cậy hơn trong kênh với những lỗi
hiếm gặp mà thông thường được hạn chế bởi
khoảng trống lớn giữa các bit
49Kiến trúc máy tính
Hình 8-31
Bit chẵn lẽ
mẫu
Bit dữ
liệu
Bit chẵn
lẻ
Phương
pháp
Chẵn
Chẵn
Lẻ
Lẻ
50Kiến trúc máy tính
Kiểm tra khối
• Cũng được gọi là sự kiểm tra dư thừa dọc (LRC)
• Thiết bị gửi số đếm các bit giá trị 1 có vị trí trong
khối
• Người gửi kết hợp bit chẵn lẻ cho mỗi vị trí vào
trong đặc tính khối (BCC) và áp dụng cho đến cuối
khối
• Người nhận đếm các bit giá trị 1 trong mỗi vị trí và
tìm thấy ở BCC của chính mình để so sánh với cái
được truyền đến từ người gửi
51Kiến trúc máy tính
Một bit chẵn parity được tính cho mỗi vị trí của khối 8 byte.
Tập hợp các bit parity từ một BCC được nối thêm vào khối
cho việc dò tìm lỗi.
Hình 8-32
Kiểm tra khối
dữ liệu (Kiểm
tra dư thừa) Khối dữ
liệu
Vị trí Bit
Ký tự kiểm
tra khối dữ
liệu
52Kiến trúc máy tính
Kiểm tra vòng (CRC)
• Sử dụng rộng rãi công nghệ dò tìm lỗi
• Tạo một BCC thông thường nhiều hơn 8 bit dài và
có thể lên đến 128 bit
• Tỷ lệ lỗi loại 1 và loại 2 thấp hơn kiểm tra parity
và kiểm tra LRC
53Kiến trúc máy tính
Tóm tắt
• Các giao thức truyền thông
• Làm thế nào các bit được biểu diễn và được truyền
trong hệ thống máy tính và các thành phần phần
cứng
• Sự truyền đa phương tiện
• Tổ chức kênh
• Đồng bộ clock
• Phát hiện và sửa lỗi của dữ liệu truyền, sự tiếp
nhận hoặc sự thể hiện
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- Công nghệ truyền thông và mạng.pdf