Đề tài Tìm hiểu Lớp vật lý & Các phương tiện truyền dẫn. Lập trình mô phỏng mạng Token Ring

Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level 08/11/2012 ‹#› Trường Đại học Bách Khoa HNViện Điện tử-Viễn thông GV hướng dẫn : Trần Quang Vinh Nhóm thực hiện: Trương Văn Kết - 20081348 Nguyễn Hoàng Minh - 20081742 Mai Văn Thược - 20082626 Đề tài :Tìm hiểu Lớp vật lý & Các phương tiện truyền dẫn. Lập trình mô phỏng mạng Token Ring Nội dung 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH 2. LỚP VẬT LÝ & CÁC PHƯƠNG THỨC TRUYỀN DẪN 3. DEMO MÔ HÌNH MẠNG TOKEN RING LAN 1.TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH 1. Khái niệm Mạng máy tính (computer network) là một tập hợp gồm nhiều máy tính hay thiết bị xử lý thông tin được kết nối với nhau qua các đường truyền và có sự trao đổi dữ liệu với nhau. 2. Lịch sử phát triển Máy tính ra đời từ những năm 1950. Những năm 1960 mạng máy tính bắt đầu xuất hiện,ban đầu mạng có dạng một máy tính lớn nối với nhiều trạm cuối. Từ thập kỉ 70-80 cho đến nay, công nghệ truyền thông phát triển mạnh mẽ, Mạng máy tính là các máy tính độc lập được nối với nhau. 3. Mô hình tham chiếu OSI – Open Systems Interconnection Do tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế (International Organization for Standardization – ISO) xây dựng và đề xuất năm 1984 nhằm đi đến thống nhất tiêu chuẩn hóa về mạng máy tính. Mô hình OSI có 7 lớp, mỗi lớp mô tả một phần chức năng độc lập như sau : Application Layer (lớp ứng dụng) : giao diện giữa ứng dụng và mạng. Presentation Layer (lớp trình bày) : thỏa thuận khuôn dạng trao đổi dữ liệu. Session Layer (lớp phiên) : Cho phép người dùng thiết lập các kết nối. Transport Layer (lớp vận chuyển) : đảm bảo truyền thông giữa hai hệ thống. Network Layer (lớp mạng): định hướng dữ liệu truyền trong môi trường liên mạng. DataLink Layer (lớp liên kết dữ liệu): xác định việc truy xuất đến các thiết bị Physical Layer (Lớp vật lý): chuyển đổi dữ liệu thành các bít và truyền đi Ý nghĩa của mô hình OSI Việc ra đời mô hình tham chiếu OSI đã hỗ trợ việc kết nối và chia sẻ thông tin trên mạng một cách hiệu quả: Cung cấp một chuẩn chung để các hãng, nhà phát triển phát triển các ứng dụng của mình trên hệ thống mạng máy tính. Cho phép nhiều kiểu mạng, phần cứng, phần mềm khác nhau có thể giao tiếp được với nhau. Ngăn chặn các thay đổi tại một lớp ảnh hưởng đến các lớp khác. Chia quá trình truyền thông trên mạng máy tính thành những phần nhỏ hơn giúp dễ hiểu và dễ tiếp cận. 1.TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH 2. LỚP VẬT LÝ & CÁC PHƯƠNG THỨC TRUYỀN DẪN Các đặc tính cơ bản của đường truyền Băng thông (bandwidth): là miền tần số giới hạn thấp và tần số giới hạn cao, tức là miền tần số mà đường truyền đó có thể đáp ứng được. Thông lượng (throughput): là số lượng các bít (chuỗi bít) được truyền đi trong một giây.Hay nói cách khác là tốc độ của đường truyền dẫn. Suy hao (Attenuation): Là độ đo sự suy yếu của các tín hiệu trên đường truyền. Đô trễ (Delay): là khoảng thời gian cần thiết để truyền 1 gói tin từ nguồn đến đích. Hiệu suất sử dụng kênh truyền, nhiễu điện từ EMI,crosstalk,… Lớp vật lý (Physical Layer) hay đường truyền vật lý là tầng dưới cùng của mô hình OSI cung cấp các đặc trưng về cơ và điện,dùng để chuyển tín hiệu giữa các máy tính. Các tín hiệu đó biểu thị các giá trị dữ liệu dưới dạng các xung nhị phân (ON – OFF). Tất cả các tín hiệu đó đều thuộc dạng sóng điện từ (trải từ tần số sóng radio, sóng ngắn, tia hồng ngoại). Ứng với mỗi loại tần số của sóng điện từ có các đường truyền vật lý khác nhau để truyền tín hiệu. Các phương thức truyền dẫn Truyền dẫn hữu tuyến (guided transmission media) Cáp đồng trục (Coaxial Cable) Cáp xoắn đôi (Twisted Pair Cable) Cáp sợi quang (Fiber Optic Cable) Truyền dẫn vô tuyến (Wireless transmission) Radio Viba Sóng hồng ngoại Truyền dẫn hữu tuyến Frequency Range Typical Attenuation Typical Delay Repeater Spacing Twisted pair (with loading) 0 to 3.5 kHz 0.2 dB/km @ 1 kHz 50 µs/km 2 km Twisted pairs (multi-pair cables) 0 to 1 MHz 0.7 dB/km @ 1 kHz 5 µs/km 2 km Coaxial cable 0 to 500 MHz 7 dB/km @ 10 MHz 4 µs/km 1 to 9 km Optical fiber 186 to 370THz 0.2 to 0.5 dB/km 5 µs/km 40 km Cáp xoắn đôi Cáp đồng trục Cáp quang Cáp đồng trục - Coaxial Là kiểu cáp đầu tiên được dùng trong mạng LAN, băng thông từ 2,5Mbps (ARCnet) đến 10Mbps (Ethernet). Cấu tạo gồm 1 sợi kim loại ở trung tâm được bọc bởi 1 lớp cách điện và 1 lưới kim loại chống nhiễu điện từ.Ở ngoài cùng là vỏ bọc cách điện. Phân loại : có 2 loại cáp đồng trục + Thinnet (mỏng) + Thicknet (dày) Cáp đồng trục – Thinnet (mỏng) Đường kính khoảng 6mm, Thuộc họ RG-58AU, Chiều dài tối đa 185m/segment, Tốc độ truyền 10Mbps, Sử dụng cho mạng LAN trong tòa nhà Cáp đồng trục – Thicknet (dày) Đường kình khoảng 13mm, Thuộc họ RG – 11, Chiều dài tối đa là 500m, Tốc độ truyền có thể đạt 35Mbps Sử dụng cho mạng Backbone,WAN. Cáp xoắn đôi – Twisted Pair Là loại cáp gồm nhiều cặp dây đồng xoắn lại với nhau nhằm chống phát xạ nhiễu điện từ Do giá thành thấp nên cáp xoắn được dung rất rộng rãi. Có 2 loại cáp xoắn đôi: Loại không có vỏ bọc UTP (Unshielded Twisted Pair Loại có vỏ bọc chống nhiễu STP (Shielded Twisted Pair) Cáp xoắn đôi - UTP  Đặc điểm Không có vỏ bọc chống nhiễu, bù lại nó linh động và độ bền cao. Chuẩn 10BaseT hoặc 100BaseT Độ dài tối đa 100m/đoạn cáp Tốc độ 100Mbps,đầu nối dùng RJ45. UTP lại có 6 loại: Cat1 : tốc độ <4Mbps, truyền âm thanh. Cat2 : 4Mbps Cat3 : 10Mbps, dùng trong mạng Ethernet 10BaseT Cat4 : 16Mbps, dùng trong mạng Token ring Cat5 : tốc độ khoảng 100Mbps Cat6 : tốc độ dữ liệu lên đến 300Mbps Cáp xoắn đôi - STP Gồm nhiều cặp xoắn được phủ bên ngoài 1 lớp vỏ làm bằng dây đồng bện. Lớp vỏ có chức năng chống nhiễu điện từ. Tốc độ về mặt lý thuyết có thể đạt 500Mbps nhưng thực tế chỉ đạt 155Mbps với chiều dài 100m, Đầu nối DIN (DB-9), RJ45 Cáp sợi quang – Fiber Optic Là cáp truyền tải các song điện từ dưới dạng ánh sáng, có cấu trúc tương tự như cáp đồng trục với chất liệu là thủy tinh hay plastic đã được tinh chế. Băng thông có thể đạt 2Gbps, tránh nhiễu tốt Tốc độ truyền 100Mbps trên đoạn cáp dài vài km. Sự lan truyền tín hiệu được thực hiện bởi sự phản xạ trên bề mặt. Giá thành rất mắc,khó lắp đặt Cáp sợi quang – Cấu tạo Cấu tạo sợi cáp: Core (lõi) : Trung tâm phản chiếu của sợi quang,nơi ánh sáng đi. Cladding (vỏ) : vật chất quang bên ngoài bao bọc lõi mà phản xạ ánh sáng trở lại lõi. Buffer coating: lớp phủ dẻo bên ngoài bảo vệ sợi không bị hỏng và ẩm ướt. Cáp sợi quang – Phân loại Cáp quang đơn mode (SM-Single mode) Cáp quang đa mode (MM-Multi mode) Đường kính core khá nhỏ (9µm) Đường kính core lớn hơn SM (50µm, 62.5µm Sử dụng nguồn phát LASER Thường hoạt động ở 2 bước sóng 1310nm, 1550nm. Chỉ truyền 1 mode sóng nên đơn mode không bị ảnh hưởng bới các hiện tượng tán sắc, Sử dụng nguồn sáng LED hoặc LASER Thường hoạt động ở 2 bước sóng 850nm, 1300nm. Có thể truyền cùng lúc nhiều ánh sáng với góc pha khác nhau (đa mode). Truyền dẫn vô tuyến Sóng Radio Hoạt động trên dải tần 10KHz 1GHz Sóng Viba Hoạt động trên dải tần 21GHz 23GHz Sóng hồng ngoại Hoạt động trên dải tần 100GHz 1000GHz  Kênh truyền vô tuyến thực sự tiện lợi ở những địa hình mà kênh truyền hữu tuyến không thể thực hiện được hoặc phải tốn nhiều chi phí (Rừng rậm, hải đảo, miền núi) Wireless propagation (lan truyền không dây) Lan truyền sóng mặt đất Ground – wave propagation (below 2MHz) Lan truyền sóng bầu trời Sky – wave propagation (2 to 30MHz) Lan truyền đường thẳng Line – of – sight (LOS) propagation (above 30MHz) Light – of – sight transmission 3. MÔ PHỎNG MẠNG TOKEN RING LAN DEMO by OMNeT++