giáo trình mạng máy tính phần 3

The Physic Layer 1
Ch ng 3: T ng V t lýươ ầ ậ
The Physic Layer
The Physic Layer 2
The physical layer functions
❒
deals with mechanical, electrical and procedural interfacing
❒
provides collision detection
❒
specifies cables, connectors, and other components
❒
transmits raw information over communication channel
❒
establishes, maintains, and disconnects physical links
❒
includes software device drivers for communication
interfaces
The Physic Layer 3
Các ch c năng c b n c a t ng V t ứ ơ ả ủ ầ ậ
lý
❒
Cung c p các đ c t k thu t v c , đi n, các hàm, th t cấ ặ ả ỹ ậ ề ơ ệ ủ ụ
❒
Cung c p kh năng dò tìm xung đ tấ ả ộ
❒
Ch rõ các lo i cáp, đ u n i và các thành ph n khácỉ ạ ầ ố ầ
❒
Truy n dòng bit “t i” qua kênh truy n thôngề ươ ề
❒
Kích ho t, duy trì và k t thúc các liên k t v t lýạ ế ế ậ

❒
Bao g m c ph n m m đi u khi n thi t b cho các m ch giao ồ ả ầ ề ề ể ế ị ạ
ti p truy n thôngế ề
The Physic Layer 4
Questions to Think
❒
Why do we prefer digital transmission to analog
transmission?
❒
What is the most promising physical transmission
medium for the future?
❒
Can wireless communication replace all the wired
communication?
❒
What does the “personal communication system”
mean to you?
The Physic Layer 5
Các v n đ c n cân nh cấ ề ầ ắ
❒
T i sao chúng ta thích truy n thông tín hi u s h n ạ ề ệ ố ơ
truy n thông tín hi u t ng t ?ề ệ ươ ự
❒
Ph ng ti n truy n v t lý h a h n nh t cho t ng lai là ươ ệ ề ậ ứ ẹ ấ ươ
gì?
❒
Truy n thông vô tuy n có th thay th hoàn toàn truy n ề ế ể ế ề
thông h u tuy n?ữ ế
❒
“H th ng truy n thông cá nhân” là gì?ệ ố ề

The Physic Layer 6
Data Communication and Digital Signal
❒
Signals propagate over a physical medium
❍
Digital signal (a binary string)
❍
Analog signal (a continuous number)
❒
Data can be either digital or analog
❍
Some data naturally represented as digital
signals
• Letter ‘A’: 01000001 in ASCII
❍
Other data need to be converted from analog
to digital
•
Voice, video etc
❒
We are interested in digital signals/data
The Physic Layer 7
Truy n d li u và Tín hi u sề ữ ệ ệ ố
❒
Các lo i tín hi u truy n qua ph ng ti n truy n ạ ệ ề ươ ệ ề
v t lý:ậ
❍
Tín hi u sệ ố
❍
Tín hi u t ng tệ ươ ự

❒
D li u có th là digital ho c analogữ ệ ể ặ
❍
M t s d li u v n đã đ c trình bày d i d ng ộ ố ữ ệ ố ượ ướ ạ
tín hi u sệ ố
•
Ký t ‘A’ trong b ng mã ASCII: 01000001ự ả
❍
Các d ng d li u khác c n đ c chuy n đ i t ạ ữ ệ ầ ượ ể ổ ừ
analog sang digial
• Âm thanh, video,…
❒
Chúng ta quan tâm đ n tín hi u/d li u s !ế ệ ữ ệ ố
The Physic Layer 8
Why Digital Signals
❒
Digital signal better than analog signal for
❍
Storage
❍
Manipulation
❍
Transmission
The Physic Layer 9
T i sao l i là tín hi u s ?!ạ ạ ệ ố
❒
Tín hi u s t t h n tín hi u t ng t ệ ố ố ơ ệ ươ ự
để
❍
L u trư ữ

❍
Thao tác, x lýử
❍
Truy n tinề
The Physic Layer 10
Data Transmission (1)
❒
Transmission of data depends on
❍
Quality of signal
❍
Characteristics of medium
❒
Need to do signal processing
❒
Need to measure quality of received signal
❍
Analog: signal-to-noise ratio
❍
Digital: probability of symbol error
❒
To transmit bits (0’s or 1’s) we need to map them
into electromagnetic waves. Modulation
techniques.
The Physic Layer 11
Truy n s li u ề ố ệ (1)
❒
Vi c truy n s li u ph thu c vàoệ ề ố ệ ụ ộ
❍
Ch t l ng c a tín hi uấ ượ ủ ệ

❍
Các đ c đi m c a ph ng ti n truy nặ ể ủ ươ ệ ề
❒
C n ph i th c hi n x lý tín hi uầ ả ự ệ ử ệ
❒
C n ph i đo l ng ch t l ng c a tín hi u nh n đ cầ ả ườ ấ ượ ủ ệ ậ ượ
❍
Analog: t l tín hi u/t p nhi uỷ ệ ệ ạ ễ
❍
Digital: Xác su t c a các bit l iấ ủ ỗ
❒
Đ truy n các dòng bits (0’s or 1’s) ta c n ánh x chúng ể ề ầ ạ
sang các sóng đi n t => các k thu t đi u chệ ừ ỹ ậ ề ế
The Physic Layer 12
Data Transmission (2)
❒
Transmitted signals are
❍
Attenuated
❍
Distorted
❍
Corrupted by noise
❒
Attenuation and distortion depend on
❍
Type of transmission medium
❍
Bit rate
❍

Distance
❒
Medium determines
❍
Data rate
❍
Bandwidth of channel
The Physic Layer 13
Truy n s li u ề ố ệ (2)
❒
Tín hi u đ c truy n đi có th bệ ượ ề ể ị
❍
suy gi mả
❍
bóp méo
❍
sai l ch b i t p âmệ ở ạ
❒
S suy gi m và bóp méo tín hi u ph thu c:ự ả ệ ụ ộ
❍
Lo i ph ng ti n truy nạ ươ ệ ề
❍
T c đ bitố ộ
❍
Kho ng cáchả
❒
Ph ng ti n truy n xác đ nhươ ệ ề ị
❍
T c đ d li uố ộ ữ ệ
❍

D i thông c a kênh truy nả ủ ề
The Physic Layer 14
Data Transmission (3)
❒
Medium:
❍
Guided: twisted pair, coaxial cable, optical fiber
❍
Unguided: radio, satellite, infrared, microwave
❒
Direct link: point-to-point or guided
❍
Two devices share the medium (intermediate
repeaters, amplifiers)
❒
Indirect link: multipoint or broadcast
❍
More than two devices share the medium
❒
Transmission modes: simplex, half-duplex, full-duplex
❒
Frequency, spectrum, bandwidth
❍
Time-domain vs. frequency domain
The Physic Layer 15
Truy n s li u ề ố ệ (3)
❒
Ph ng ti n truy n:ươ ệ ề
❍
H u tuy n: cáp đôi dây xo n, cáp đ ng tr c, cáp ữ ế ắ ồ ụ

quang
❍
Vô tuy n: radio, v tinh, tia h ng ngo i, sóng c c ế ệ ồ ạ ự
ng n (viba)ắ
❒
Liên k t tr c ti p: đi m – đi mế ự ế ể ể
❍
Hai thi t b chia s ph ng ti n truy n (các b ế ị ẻ ươ ệ ề ộ
chuy n ti p, b khu ch đ i trung gian)ể ế ộ ế ạ
❒
Liên k t gián ti p: nhi u đi m ho c qu ng báế ế ề ể ặ ả
❍
Nhi u h n hai thi t b chia s ph ng ti n ề ơ ế ị ẻ ươ ệ
truy nề
❒
Các ph ng th c truy n: đ n công, bán song công, ươ ứ ề ơ
song công
❒
Các khái ni m c n l u ý: t n s , ph , d i thôngệ ầ ư ầ ố ổ ả
The Physic Layer 16
Baseband & Broadband
❒
Baseband: The data signal is transmitted directly over the
transmission medium.
❒
Broadband: the data signal is no longer placed directly on
the transmission medium. An analog or carrier signal is
modulated by the data signal and then transmitted.
The Physic Layer 17
D i t n c s và D i t n r ngả ầ ơ ở ả ầ ộ

❒
D i t n c s : Tín hi u s đ c truy n tr c ti p qua ả ầ ơ ở ệ ố ượ ề ự ế
ph ng ti n truy n.ươ ệ ề
❒
D i t n r ng: Tín hi u s không đ c đ a tr c ti p lên ả ầ ộ ệ ố ượ ư ự ế
ph ng ti n truy n. Tín hi u t ng t hay sóng mang đ c ươ ệ ề ệ ươ ự ượ
đi u bi n t tín hi u s và truy n đi qua ph ng ti n ề ế ừ ệ ố ề ươ ệ
truy n. ề
The Physic Layer 18
M t mô hình truy n thông đ n gi nộ ề ơ ả
A simple model of communications
The Physic Layer 19
Maximum Data Rate
❒
Signal rate: number of signal changes per second
❍
Each signal may take from several values (M)
❒
What is the maximum data rate of the channel
with cutoff frequency of H?
❒
Nyquist’s theorem
❍
Max data rate = 2H log
2
M bits/sec
❍
Signal can be reconstructed with only 2H samples/sec
❒
In computer science, data rate is referred to as bandwidth

❒
Can we obtain any data rate by making M
arbitrarily large?
The Physic Layer 20
T c đ truy n d li u t i đaố ộ ề ữ ệ ố
❒
T c đ tín hi u: s tín hi u thay đ i trong m t giâyố ộ ệ ố ệ ổ ộ
❍
M i tín hi u có th đ c truy n theo nhi u t c đ ỗ ệ ể ượ ề ề ố ộ
(M)
❒
T c đ truy n d li u t i đa c a kênh truy n là bao ố ộ ề ữ ệ ố ủ ề
nhiêu v i ng ng t n s là H?ớ ưỡ ầ ố
❒
Đ nh lý Nyquist:ị
❍
T c đ d li u t i đa = ố ộ ữ ệ ố 2H log
2
M bits/sec
❍
Tín hi u có th đ c tái d ng l i ch v i 2H ệ ể ượ ự ạ ỉ ớ
m u/giâyẫ
❒
Trong khoa h c máy tính, t c đ d li u đ c xem ọ ố ộ ữ ệ ượ
nh là d i thôngư ả
❒
Chúng ta có th đ t đ c b t kỳ t c đ truy n d ể ạ ượ ấ ố ộ ề ữ
li u nào b ng cách làm cho M th t l n?ệ ằ ậ ớ
The Physic Layer 21
Shannon’s Theorem

❒
Noisy channel
❍
Thermal noise due to thermal agitation of electrons
❍
Signal-to-Noise Ratio (SNR)
• Ratio of the signal power S to the noise power S/N
• Measured in dB or decibels
–
10 log
10
(S/N)
–
10 10 dB, 100  20dB
❒
For noisy channel with frequency H and SNR S/N
❍
Max data rate = H log
2
(1+S/N)
 Max. data rate = min(H log
2
(1+S/N), 2H log
2
M)
The Physic Layer 22
Đ nh lý Shannonị
❒
Kênh truy n t p nhi uề ạ ễ
❍

Nhi u nhi t sinh ra do các electrons va ch m nhauễ ệ ạ
❍
T l Tín hi u/Nhi u: Signal-to-Noise Ratio (SNR)ỷ ệ ệ ễ
•
T l c a công su t tín hi u (S) và công su t nhi u (N): S/Nỷ ệ ủ ấ ệ ấ ễ
• Đ c đo b ng đ n v dB hay decibelsượ ằ ơ ị
–
10 log
10
(S/N)
–
S/N = 10 10 dB, 100  20dB
❒
Cho kênh truy n t p nhi u v i t n s H và t l tín ề ạ ễ ớ ầ ố ỷ ệ
hi u/nhi u là S/Nệ ễ
❍
T c đ d li u t i đa = H logố ộ ữ ệ ố
2
(1+S/N)
 T c đ d li u t i đa = min(H logố ộ ữ ệ ố
2
(1+S/N), 2H log
2
M)
The Physic Layer 23
Application of Shannon’s Theorem
❒
Conventional telephone system

Engineered for voice


Cutoff frequency is 3000 Hz

Signal-to-noise ratio is approximately 1000

Effective capacity is
3000*log
2
(1+1000)=~30000 bps
❒
Conclusion: dialup modems have little hope of
exceeding 28.8 Kbps
The Physic Layer 24
ng d ng đ nh lý ShannonỨ ụ ị
❒
H th ng đi n tho i quy cệ ố ệ ạ ướ

Đ c thi t k đ truy n t i gi ng nóiượ ế ế ể ề ả ọ

Ng ng gi i h n là 3000 Hzưỡ ớ ạ

T l Signal-to-noise x p x b ng 1000ỷ ệ ấ ỉ ằ

Kh năng truy n t i đa: ả ề ố
3000*log
2
(1+1000)=~30000 bps
❒
K t lu n: modems quay s khó v t đ c t c đ ế ậ ố ượ ượ ố ộ
28.8 Kbps

The Physic Layer 25
Transmission Media
❒
Twisted Pair
❒
Baseband Coaxial Cable
❒
Broadband Coaxial Cable
❒
Fiber Optics
❒
Wireless