Tìm hiểu về môi trường truyền và kiến trúc mạng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
-----***-----

MẠNG MÁY TÍNH
ĐỀ TÀI : MÔI TRƯỜNG TRUYỀN VÀ KIẾN TRÚC MẠNG

Giảng viên hướng dẫn

ThS. Đào Anh Thư

Sinh viên thực hiện
Nhóm 04

Lớp DCCTKT58B-03
Nguyễn Thị Hằng
Nguyễn Văn Lộc
Nguyễn Ngọc Khánh
Nguyễn Ngọc Khánh

Hà Nội – 2016

(1321050528)
(1321050622)
(1321050105)
(1221050055)


MỤC LỤC

2

Cuộc sống quanh ta đang thay đổi từng ngày. Khi mà công nghệ ngày càng phát triển, dần trở
thành thứ thiết yếu và không thể thiếu trong cuộc sống. Hằng ngày chúng ta vẫn thường sử dụng tivi
để giải trí, dùng máy tính để xem thông tin và kết nối với mọi người xung quanh hay những chiếc
điện thoại thông minh đang rất tiện ích..v..v. Nhưng có bao giờ bạn đặt câu hỏi rằng: Những thứ đó
nó có cấu tạo ra sao? Nó hoạt động như thế nào? Hay những thông tin đó được truyền đi theo con
đường nào..v.v
Để giải đáp những thắc mắc đó bài báo cáo dưới đây sẽ cho các bạn biết được cấu tạo, chức
năng hay là đường đi của các dữ liệu như thế nào? Bạn cũng sẽ biết được đặc điểm của những môi
trường truyền, kiến trúc mạng,các loại thiết bị kết nối mạng và nó cấu tạo, hoạt động ra sao.

3


4.1 MÔI TRƯỜNG TRUYỀN
Môi trường truyền là con đường vật lý nối giữa thiết bị phát và thiết bị thu.Những đặc tính và
chất lượng của dữ liệu truyền được quyết định bởi tính chất tín hiệu và môi trường truyền.
Môi trường truyền được chia thành hai loại:


Môi trường có định hướng(Hữu tuyến): là môi trường cung cấp cáp từ thiết bị này đến
thiết bị kia.



Môi trường không định hướng(Vô tuyến): là sóng điện từ được truyền dẫn qua không
khí.

4.1.1 Các loại cáp

Cáp thuộc loại kênh truyền hữu tuyến được sử dụng để nối máy tính và các thành phần mạng
lại với nhau. Hiện có 3 loại cáp được sử dụng phổ biến là: Cáp xoắn đôi (Twisted pair cable), cáp
đồng trục (Coaxial cable) và cáp quang (Fiber optic cable).Việc chọn lựa loại cáp sử dụng cho
mạng tùy thuộc vào nhiều yếu tố như: giá thành,khoảng cách, số lượng máy tính, tốc độ yêu cầu,
băng thông…
4.1.1.1 Cáp đôi dây xoắn
Cấu tạo
Gồm nhiều cặp dây đồng xoắn lại với nhau nhằm chống phát xạ nhiễu điện từ.

Hình 4.1: Cáp xoắn đôi
Phân loại
Cáp đôi dây xoắn gồm hai loại chính: Có vỏ bọc và không có vỏ bọc.


Cáp xoắn đôi có vỏ bọc chống nhiễu STP (STP-Shielded Twisted Pair cable)

Cấu tạo: Gồm nhiều cặp xoắn được phủ bên ngoài một lớp vỏ bằng dây đồng bện. Lớp vỏ này
có tác dụng chống EMI từ ngoài và chống phát xạ nhiễu bên trong. Lớp vỏ bọc chống nhiễu này
được nối với đất để thoát nhiễu. Cáp xoắn đôi có ít bọc bị tác động bởi nhiễu điện và truyền tín hiệu
xa hơn cáp xoắn đôi trần.

4


Hình 4.2: Cáp xoắn có vỏ bọc
Chi phí: đắt tiền hơn Thinnet và UTP nhưng lại rẻ tiền hơn Thicknet và cáp quang.
Tốc độ: tốc độ lý thuyết 500Mbps, thực tế khoảng 155Mbps, với đường chạy 100m, tốc độ
phổ biến 16Mbps(Token Ring).
Độ suy dần: tín hiệu yếu dần nếu cáp càng dài, thông thường chiều dài cáp ngắn hơn 100m.
Đầu nối: STP sử dụng đầu nối DIN(DB-9).



Cáp xoắn đôi không bọc (UTP-Unshielded Twisted Pair cable)

Do giá thành rẻ nên UTP đã nhanh chóng trở thành loại cáp mạng cục bộ được ưa chuộng
nhất.
Cấu tạo: Gồm nhiều cặp xoắn như cáp STP nhưng không có lớp vỏ đồng chống nhiễu. Mỗi
cặp có hai dây dẫn xoắn với nhau,mỗi dây có lớp cách điện với màu sắc khác nhau,được dùng để
nhận dạng và cho biết từng cặp dây trong bó dây lớn. Cáp xoắn đôi trần sử dụng chuẩn 10BaseT
hoặc 100BaseT. Độ dài tối đa của một đoạn cáp là 100 mét.

Hình 4.3: Cáp xoắn không bọc

5


Do không có vỏ bọc chống nhiễu nên cáp UTP dễ bị nhiễu khi đặt gần các thiết bị và cáp khác
do đó thông thường dùng để đi dây trong nhà.
Đầu nối: UTP sử dụng đầu nối RJ-45.
Cáp UTP có 5 loại:


Cat 1: Dùng điện thoại, thích hợp cho truyền dữ liệu tốc độ thấp.



Cat 2: Dùng điện thoại và truyền dữ liệu lên đến 4 Mb/s.



Cat 3: Cần ít nhất 3 lần xoắn trong 0,3 m, dùng cho truyền dữ liệu lên đến 10 Mb/s.



Cat 4: Cần ít nhất 3 lần xoắn trong 0,3 m và có thể truyền dữ liệu lên đến 16 Mb/s.



Cat 5: Dùng cho truyền dữ liệu lên đến 100 Mb/s.



Cat 6: Dùng cho truyền dẫn dữ liệu lên 300 Mb/s.

Ngoài ra còn có Cáp xoắn có vỏ bọc ScTP-FTP(Screened Twisted-pair): là loại cáp lai tạo
giữa cáp UTP và STP, nó hỗ trợ chiều dài tối đa 100m.
Ưu và nhược điểm của cáp xoắn đôi.


Ưu điểm

- Là loại cáp mỏng, mềm dẻo.
- Cáp UTP nhỏ, nó không nhanh đổ đầy tràn những ống nối dây.
- UTP chi phí ít hơn so với mọi cáp kiểu LAN khác.


Nhược điểm

Tính cảm ứng của cáp xoắn tới phát xạ nhiễu điện từ phụ thuộc nhiều vào những sơ đồ Xoắn
cặp(thường được cấp bằng sáng chế bởi những nhà sản xuất) và không được sứt mẻ trong thời gian

cài đặt. Do đó, những cáp xoắn đôi thông thường có những yêu cầu khó khăn cho việc sắp đặt bán
kính uốn cong cực tiểu hoặc cực đại. Tính dễ vỡ tương đối này của những cáp xoắn đôi làm cho
việc thực hiện cài đặt trở thành một yếu tố quan trọng đảm bảo cho sự hoạt động của cáp.
4.1.1.2 Cáp đồng trục
Cáp đồng trục được nhà toán học và kỹ sư người Anh Oliver Heaviside phát minh, bằng sáng
chế được cấp năm 1880. Là loại cáp được lựa chọn cho các mạng nhỏ ít người dùng và là kiểu cáp
đầu tiên được dùng trong các LAN.
Cấu tạo
Lớp dẫn điện bên trong: là lõi dẫn tín hiệu bằng dây đồng hoặc dây kim loại mạ đồng.
Lớp cách điện 1: là lớp điện môi không dẫn điện nhằm cách điện giữa dây dẫn phía ngoài và
dây dẫn phía trong.
Lớp dẫn điện bên ngoài: là lớp lưới bện bằng kim loại vừa là dây dẫn vừa có tác dụng nhằm
ngăn chặn nhiễu điện từ (EMI) cho lõi dẫn tín hiệu trung tâm.
Lớp cách điện 2: vỏ bọc cách điện bên ngoài nhằm bảo vệ các lớp dây dẫn khỏi các tác động
của môi trường bên ngoài.
6


Ngoài ra còn có thể có một lớp dải băng kim loại tùy chọn, hầu hết làm bằng các lá nhôm
hoặc màng mỏng tráng nhôm có độ che phủ là 100% nhằm bảo vệ khỏi nhiễu tần số vô tuyến(RFI).

Hình 4.4: Cáp đồng trục
Phân loại
Theo tiêu chuẩn IEC 61196 và tiêu chuẩn ANSI/SCTE dây cáp đồng trục gồm có: RG-56,
3C-2V, RG-59, 5C-2V, RG-6, RG-11, QR-320, QR-540, QR-715, QR-860, QR-1125, RG-179.
Loại thông dụng hiện nay là RG-59 và RG-6.
Theo đường kính dây thì cáp đồng trục gồm có 2 loại:


Cáp đồng trục mỏng(Thin cable/thinnet)

Hình 4.5: Cáp đồng trục mỏng
- Sử dụng cho mạng LAN trong tòa nhà.
- Thuộc họ RG-58.
- Có đường kính khoảng 6mm.
7


- Chiều dài tối đa là 185 m/segment.
- Tốc độ truyền là 10 Mbps.
- Đầu nối BNC, cỗ chữ T(BNC –T).
- Các loại cáp Thinnet:
+ Cáp RC-58: trở kháng 50 dùng với Ethernet mỏng.
+ Cáp RC-59: trở kháng 75 dùng cho truyền hình cáp.
+ Cáp RC-62: trở kháng 93 dùng cho ARCNet.


Cáp đồng trục dày(Thick cable/thicknet)

Hình 4.6: Cáp đồng trục dày
- Sử dụng cho mạng Backbone, WAN.
- Thuộc họ RG5.
- Đường kính là 13mm.
- Chiều dài tối đa là 500 m.
- Tốc độ truyền tin có thể đạt tới 35 Mbit/s.
So sánh giữa hai loại cáp trên:
- Chi phí: cáp đồng trục thinnet rẻ nhất, cáp đồng trục thicknet đắt hơn.
- Tốc độ: mạng Ethernet sử dụng cáp thinnet có tốc độ tối đa là 10Mbps và mạng ARCNet
có tốc độ tối đa là 2.5Mbps.
- EMI: có lớp chống nhiễu nên hạn chế được nhiễu.

- Có thể bị nghe trộm tín hiệu trên đường truyền.
- Cáp đồng trục mỏng có độ hao suy tín hiệu lớn hơn.
Ưu điểm và nhược điểm của cáp đồng trục


Ưu điểm

- Rẻ tiền, nhẹ, mềm, dễ kéo dây.
8


- Tín hiệu số truyền trên cáp chỉ tồn tại bên trong lõi cáp. Nhờ đó người ta có thể lắp cáp bên
cạnh các vật liệu kim loại mà không sợ thất thoát năng lượng thường xảy ra với các loại
cáp cũ hơn. Tín hiệu cáp đồng trục cũng không bị gây nhiễu từ các nguồn bên ngoài.


Nhược điểm

- Cáp đồng trục có sức suy hao lớn.
- Chi phí cho các thiết bị kèm theo cao.
- Điện năng tiêu thụ của mạng cao.
- Càng xa trung tâm chất lượng tín hiệu càng giảm.
- Độ ổn định của mạng kém.
- Có thể bị nghe trộm trên đường truyền.
- Khó bảo trì làm ảnh hưởng đến chất lượng phục vụ khách hàng.
Ứng dụng
Cáp đồng trục thường được dùng làm đường truyền cho tín hiệu vô tuyến. Ứng dụng của nó
bao gồm các đường cấp giữa thiết bị thu phát sóng vô tuyến và ăng ten của chúng, các kết nối mạng
máy tính và làm cáp truyền hình.
Ngoài ra, cáp đồng trục còn được sử dụng trong lĩnh vực an ninh giám sát như truyền tín hiệu

camera, kết nối camera đến đầu ghi và màn hình tivi.
4.1.1.3 Cáp quang
Cáp quang là một loại cáp viễn thông làm bằng thủy tinh hoặc nhựa, sử dụng ánh sáng để
truyền tín hiệu.
Cáp quang dài, mỏng thành phần của thủy tinh trong suốt bằng đường kính của một sợi tóc.
Chúng được sắp xếp trong bó được gọi là cáp quang và được sử dụng để truyền tín hiệu trong
khoảng cách rất xa. Không giống như cáp đồng truyền tín hiệu bằng điện, cáp quang ít bị nhiễu, tốc
độ cao và truyền xa hơn.
Cấu tạo
Lõi sợi quang(Core): Là trung tâm phản chiếu của sợi quang khi truyền ánh sáng.
Lớp phủ sợi quang(Coating): Là một lớp bên ngoài bao bọc lõi sợi quang để phản xạ lại ánh
sáng trở vào lõi.
Lớp đệm sợi quang(Buffer): Là lớp vỏ bên ngoài bảo vệ sợi quang nhằm hạn chế các tác động
cơ học, môi trường tác động lên sợi quang.
Lớp chịu lực(Strength memebers): Thành phần này được các hãng sản xuất cáp sợi quang
thêm vào theo từng chủng loại cụ thể để tăng cường sự chắc chắn của cáp nhằm hạn chế tối đa lực
cơ học có thể tác động lên sợi cáp quang.
Lớp vỏ cáp quang(Jacket): Là lớp vỏ ngoài cùng bao bọc các sợi quang bên trong và được
làm từ các loại nhựa có khả năng chịu đựng các lực cơ học cũng như tác động của môi trường.

9


Hình 4.7: Cấu tạo cáp quang
Phân loại
Gồm 2 loại chính: Multimode và Singlemode.


Multimode(Đa mode)

Cáp quang Multimode cở dụng nguồn sang LED hoặc Laser để truyền tia sáng và hoạt động ở
2 bước sóng 850nm và 1300nm. Multimode có hai kiểu truyền:


Multimode stepped index(Chiết xuất bước): Lõi lớn(100 micron), các tia tạo xung ánh
sáng có thể đi theo nhiều đường khác nhau trong lõi: thẳng, zig-zag…tại điểm đến sẽ
nhận các chùm tia riêng lẻ, vì vậy xung dễ bị méo dạng.

Hình 4.8: Cách truyền của cáp Multimode Step index


Multimode graded index(Chiết xuất liên tục): Lõi có chỉ số khúc xạ giảm dần từ trong ra
ngoài cladding. Các tia gần trục truyền chậm hơn các tia gần cladding. Các tia theo
đường cong thay vì zig-zag. Các chùm tia tại điểm hội tụ, vì vậy xung ít bị méo dạng.

Hình 4.9: Cách truyền của cáp Multimode Graded index
10




Single mode(Đơn mode)

Hình 4.10: Cách truyền của cáp Đơn mode
Lõi nhỏ(8 micron hay nhỏ hơn), sử dụng nguồn phát laser truyền tia sáng xuyên suốt vì vậy
tín hiệu bị suy hao và có tốc độ khá lớn. Đơn mode thường hoạt động ở 2 bước sóng 1310nm và
1550nm.
Cáp quang Singlemode truyền được dữ liệu với khoảng cách rất xa, được các đơn vị viễn
thông sử dụng để truyền dữ liệu trong hệ thống của họ.
Ưu và nhược điểm của cáp quang



Ưu điểm

- Dung lượng lớn.
- Kích thước và trọng lượng nhỏ.
- Không bị nhiễu bởi các tín hiệu điện, điện từ hoặc thậm chí cả bức xạ ánh sáng.
- Tính cách điện: do được làm từ thủy tinh, không chứa vật chất dẫn điện nên rất an toàn khi
sử dụng trong các môi trường đòi hỏi tính an toàn cao.
- Tính bảo mật cao: do không thể bị để lấy trộm thông tin bằng các phương tiện thông
thường.
- Độ tin cậy cao: do cáp quang được thiết kế thích hợp có thể chịu đựng được những điều
kiện về nhiệt độ và độ ẩm khắc nghiệt và thầm chí có thể hoạt động ở dưới nước.
- Tính linh hoạt: do các hệ thống thông tin quang đều khả dụng cho hầu hết các dạng thông
tin số liệu, thoại và video. Các hệ thống này đề có thể tương thích với các chuẩn RS.232,
RS422,V35, Ethernet, Arcnet, FDDI, T1, T2, T3, Sonet, thoại 2/4 dây, tín hiệu E/M, video
tổng hợp.
- Dễ dàng nâng cấp khi chỉ cần thay thế thiết bị thu phát quang còn hệ thống cáp sợi quang
vẫn có thể được giữ nguyên.


Nhược điểm

- Nối cáp khó khăn, dây cáp dẫn càng thẳng càng tốt.
- Chi phí hàn nối và thiết bị đầu cuối cao hơn so với cáp đồng.
Ứng dụng
11


Multimode: sử dụng cho truyền tải tín hiệu trong khoảng cách ngắn, bao gồm:

- Step index: dùng cho khoảng cách ngắn, phổ biến trong các đèn soi trong.
- Graded index: thường dùng trong các mạng LAN.
Singlemode: dùng cho khoảng cách xa hàng nghìn km, phổ biến trong các mạng điện thoại,
mạng truyền hình cáp đường kính 8um, truyền xa hàng trăm km mà không cần khuếch đại.
4.1.2 Môi trường không dây
Khi dùng các loại cáp ta gặp một số khó khăn như cơ sở cài đặt cố định, khoảng cách không
xa, vì vậy để khắc phục những khuyết điểm trên người ta dùng đường truyền vô tuyến.

Hình 4.11: Bước sóng của môi trường không dây
Phân loại môi trường truyền dẫn không dây


Có hướng

- Chùm định hướng(focused beam).
- Đòi hỏi sự canh chỉnh cận thận.


Vô hướng

- Tín hiệu lan truyền theo mọi hướng.
- Có thể được nhận bởi nhiều anten.
Tầm tần số môi trường truyền dẫn không dây
Tần số 2 GHz đến 40 GHz(sóng viba – microwave):
- Sóng lan truyền định hướng cao.
- Thích hợp cho truyền điểm-điểm(point to point) .
- Được sử dụng trong giao tiếp vệ tinh.
12

Tần số 40 GHz đến 100 GHz:
- Sóng lan truyền vô hướng.
- Sóng radio( LF, MF, HF, VHF, UHF, SHF, EHF …).
Tần số 3.1011 Hz đến 2.1014 Hz:
- Hồng ngoại .
- Cục bộ.
Đặc điểm môi trường truyền dẫn không dây
- Khắc phục những khó khăn về địa lý.
- Tỷ lệ bit lỗi trên đường truyền(BER) thay đổi tùy theo hệ thống được triển khai. Ví như:
BER của vệ tinh 10-10
- Tốc độ truyền từ vài Mbps đến hàng trăm Mbps.
- Phạm vi triển khai đa dạng: LAN, WAN.
- Chi phí để triển khai hệ thống ban đầu rất cao.
Lợi ích và hạn chế của môi trường truyền dẫn không dây


Lợi ích

- Cung cấp kết nối tạm thời với cáp mạng có sẵn.
- Cung cấp kết nối di động.
- Có thể cung cấp kết nối ở địa hình phức tạp.
- Dùng cho những kết nối rộng lớn.
- Làm kết nối dự phòng cho hệ thống cáp mạng có sẵn.


Hạn chế

- Tín hiệu không an toàn.
- Có vật cản thì tín hiệu suy yếu mạnh.
- Băng thông thấp.

Sau đây là một số môi trường truyền dữ liệu vô tuyến đối với mạng máy tính.
4.1.2.1 Hồng ngoại
Định nghĩa
Hồng ngoại: là bức xạ điện từ có bước sóng dài hơn ánh sáng khả kiến nhưng ngắn hơn tia
bức xạ viba. Tên “hồng ngoại” có nghĩa là “ngoài mức đỏ”, màu đỏ là màu sắc có bước sóng dài
nhất trong ánh sáng thường.
Tia hồng ngoại không thể nhìn thấy được như ánh sáng thường bởi mắt người thông thường.
Sóng hồng ngoại và milimet được sử dụng nhiều cho truyền thông tầm ngắn.
Đặc điểm
13


Ánh sáng hồng ngoại(IR) là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường, có bước
sóng khoảng 700nm – 1500nm.
IR là nền tảng của các hệ thống truyền thông trong phạm vi hẹp, băng thông lớn(rộng tới 200
THz).
IR có các tính chất tương tự như ánh sáng nhìn thấy được.
Bức xạ IR không thể xuyên qua các cấu trúc mờ đục như tường, trần nhà, phạm vi truyền bị
giới hạn trong căn phòng. Điều này mang lại một số khả năng bảo mật nhất định, đồng thời cũng
cho phép sử dụng lại dải tần số ở ngay kế bên.
Truyền thông hồng ngoại trong phạm vi phòng bị ảnh hưởng bởi nhiễu xạ và sự tán xạ. Đa số
nhiễu trong môi trường IR đều bắt nguồn từ ánh sáng xung quanh, do ánh sáng mặt trời tự nhiên
hoặc từ các nguồn ánh sáng nhân tạo khác. Ta không thể tăng công suất phát để khắc phục trở ngại
này vì sẽ làm hại mắt.
Truyền thông hồng ngoại, kiểu truyền trực tiếp đạt được hiệu quả cao nhất vì nó giảm thiểu
khả năng suy hao đường truyền và ảnh hưởng của các nguồn sang nhiễu xung quanh.
Ưu và nhược điểm của sóng hồng ngoại


Ưu điểm

- Không dây dẫn.
- Áp cung cấp thấp, công suất tiêu tán nhỏ.
- Điều khiển được nhiều thiết bị.
- Tính khả thi cao, linh kiện dễ tìm thấy và thi công dễ.
- Bảo mật trong hệ thống hồng ngoại đơn giản hơn trong hệ thống radio.
- Không phải có bản quyền sử dụng sóng hồng ngoại.


Nhược điểm

- Tầm xa bị hạn chế.
- Dòng điện cao tức thời.
- Nhiễu hồng ngại do các nguồn nhiệt xung quanh ta phát ra, nên gây ảnh hưởng và hạn chế
tầm phát. Do đó chỉ dùng trong phòng, kho hoặc nơi có nhiệt độ môi trường ảnh hưởng
thấp.
- Hạn chế khi bị vật cản nên không thể phát xa được.
4.1.2.2 Sóng radio
Định nghĩa
Sóng radio(sóng vô tuyến): là một kiểu bức xạ điện từ với bước sóng trong phổ điện từ dài
hơn ánh sáng hồng ngoại.
Đặc điểm
Sóng vô tuyến có tần số từ 3 kHz tới 300 GHz, tương ứng bước sóng từ 100 km tới 1 mm.
14


Giống như các sóng điện từ khác, chúng truyền với vận tốc ánh sáng.
Sóng vô tuyến xuất hiện tự nhiên do sét, hoặc bởi các đối tượng thiên văn.
Sóng vô tuyến do con người tạo nên dùng cho radar, phát thanh, liên lạc vô tuyến di động và

cố định và các hệ thống dẫn đường khác.
Các tần số khác nhau của sóng vô tuyến có đặc tính truyền lan khác nhau trong khí quyển Trái
Đất; sóng dài truyền theo đường cong của Trái Đất, sóng ngắn nhờ phản xạ từ tầng điện ly nên có
thể truyền rất xa, các bước sóng ngắn hơn bị phản xạ yếu hơn và truyền trên đường nhìn thẳng.

Hình 4.12: Sóng radio
Ưu và nhược điểm của sóng vô tuyến


Ưu điểm

- Dễ tạo sóng.
- Di chuyển qua khoảng cách xa.
- Dễ dàng xuyên qua các toà nhà.
- Đi theo mọi hướng từ nguồn phát.


Nhược điểm

- Giao thoa giữa các người dùng.
- Băng thông thấp.
4.1.2.3 Sóng viba
Định nghĩa
Vi ba(hay vi sóng/sóng ngắn) là sóng điện từ có bước sóng dài hơn tia hồng ngoại, nhưng
ngắn hơn sóng radio.
Vi ba, còn gọi là tín hiệu tần số siêu cao(SHF), có bước sóng khoảng từ 30 cm(tần số 1 GHz)
đến 1 cm(tần số 30 GHz). Tuy vậy, ranh giới giữa tia hồng ngoại, vi ba và sóng radio tần số cực
cao(UHF) rất là tuỳ ý và thay đổi trong các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau.
15

Phân loại
Sóng viba được chia làm 2 loại: sóng Viba mặt đất và sóng Viba vệ tinh.


Viba mặt đất

- Sử dụng chảo parabol(đường kính thường 10 inch) để thu, phát sóng.
- Chùm sóng được định hướng theo đường ngắm(line of sight).
- Các chảo parabol thường được gán ở trên cao để truyền nhận.
- Độ suy giảm tín hiệu thay đổi theo môi trường(tăng khi có mưa).
- Có thể bị giao thoa sóng .


Sóng viba vệ tinh

- Vệ tinh là trạm trung chuyển tín hiệu.
- Vệ tinh nhận trên một tần số(uplink), khuếch đại(hoặc lặp lại tín hiệu) và truyền trên một
tần số khác(downlink).
- Cần vệ tinh địa tĩnh: Cao 35.784 km, khoảng cách giữa các vệ tinh địa tĩnh là 4 0 nếu dùng
cặp tần số 4/6 GHz và 30 với cặp tần số 12/14 GHz.
Ưu và nhược điểm của sóng Viba.


Ưu điểm

Do làm việc ở dải sóng siêu cao tần nên đảm bảo việc truyền dữ liệu ở rải rộng.
Độ rộng dải tần siêu cao khoảng 30Ghz do đó nhiều đài có thể làm việc đồng thời hầu như
không bị cản nhiễu khí quyển và công nghiệp.
Tính định hướng cao, giảm công suất máy và trên cùng một phạm vi ta có thể triển khai nhiều

hệ thống cùng làm việc mà không gây nhiễu lẫn nhau.
Triển khai nhanh và giá thành rẻ hơn so với các hệ thống thông tin dùng cáp.
Dễ dàng quản lý vì hệ thống viba chỉ giới hạn quản lí theo phạm vi trạm vô tuyến dọc theo
trục.


Nhược điểm

Chỉ truyền được chắc chắn trong trong tầm nhìn thẳng cự ly không quá 50km vì vậy khi muốn
thông tin đi xa phải thực hiện chuyển tiếp nhiều lần.
Có tốc độ nhỏ hơn nhiều so với hệ thống cáp quang.
Chịu tác động của đường truyền như hấp thụ do hơi nước và oxi, suy hao do mưa và hiện
tượng pha đinh(đặc biệt với hệ thống băng thông rộng phải chịu tác động của pha đinh đa đường và
pha đinh chọn lọc tần số).
4.1.2.4 Sóng bluetooth
Định nghĩa

16


Công nghệ Bluetooth hiện nay được ứng dụng rộng rãi, nhất là trong các thiết bị di động,
hướng sử dụng cũng khá đa dạng: truyền dữ liệu, remote desktop, chơi game host và phổ biến nhất
là tai nghe Bluetooth.
Bluetooth là chuẩn kết nối không dây tầm ngắn sử dụng trong phạm vi băng tần 2.4 Ghz đến
2.485 Ghz để kết nối các thiết bị cá nhân(điện thoại, máy tính bảng, laptop) với nhau tạo thành
mạng cục bộ nhỏ. Khi 2 thiết bị được kết nối với nhau bằng Bluetooth bạn có thể chia sẻ tập tin
giữa 2 thiết bị.
Ưu và nhược điểm của sóng Bluetooth


Ưu điểm

- Thay thế hoàn toàn dây nối.
- Hoàn toàn không nguy hại đến sức khoẻ con người.
- Bảo mật an toàn với công nghệ mã hóa trong. Một khi kết nối được thiết lập thì khó có một
thiết bị nào có thể nghe trộm hoặc lấy cắp dữ liệu.
- Các thiết bị có thể kết nối với nhau trong vòng 20m mà không cần trực diện(hiện nay có
loại Bluetooth kết nối lên đến 100m).
- Kết nối điện thoại và tai nghe Bluetooth khiến cho việc nghe máy khi lái xe hoặc bận việc
dễ dàng.
- Giá thành rẻ dần khiến tai nghe Bluetooth trở thành sự lựa chọn hợp lý khi tập thể thao hay
cho mục đích di động. Tốn ít năng lượng.


Nhược điểm

Thời gian sử dụng phụ thuộc vào dung lượng pin của tai nghe, chất lượng âm thanh kém trung
thực, bắt sóng kém khi có vật cản, các nút điều hướng và chỉnh âm lượng có kích thước nhỏ hơn,
một số tai nghe chỉ tương thích với một số loại thiết bị nhất định.

4.2 KIẾN TRÚC MẠNG
Kiến trúc mạng(Topology) tức là hình thù mạng, bất kì mạng thông tin nào cũng có 2 loại kết
cấu topo:


Topo vật lý: mô tả cấu trúc vật lý của điểm nút mạng.



Topo logic: mô tả sự phân bố dịch vụ giữa 2 điểm nút mạng.

4.2.1 Topo vật lý
Định nghĩa và đặc điểm
Topo của mạng là cấu trúc hình học không gian mà thực chất là cách bố trí phần tử của mạng
cũng như cách nối giữa chúng với nhau. Thông thường mạng có 3 dạng cấu trúc là: Mạng dạng
phân cấp, mạng full mesh, mạng partial mesh…
Topo vật lý đóng vai trò chủ yếu là hoạt động kết nối sợi ở thiết bị đầu cuối là hiệu suất chủ
yếu của mạng. Chúng ảnh hưởng đến nhiều chất lượng tín hiệu quang, hiệu suất quang, lưu lượng
đưa vào lớn nhất và khả năng tồn tại của mạng.
17


Các loại cấu trúc mạng
4.2.1.1 Mạng hình tuyến

Hình 4.13: Mạng hình Bus
Theo cách bố trí hành lang các đường như hình 4.13, trong mạng hình tuyến(Bus topology)
thì máy chủ(host) cũng như tất cả các máy tính khác(workstation) hoặc các nút(node) đều được nối
về với nhau trên một trục đường dây cáp chính để chuyển tải tín hiệu.
Tất cả các nút đều sử dụng chung đường dây cáp chính này. Phía hai đầu dây cáp được bịt bởi
một thiết bị gọi là terminator. Các tín hiệu và gói dữ liệu(packet) khi di chuyển lên hoặc xuống
trong dây cáp đều mang theo điạ chỉ của nơi đến.
Muốn biết máy tính giao tiếp ra sao trên mạng bus, chúng ta cần nắm vững 3 khái niệm sau:


Gửi tín hiệu

Dữ liệu mạng ở hình thái tín hiệu điện tử được gửi tới mọi máy tính trên mạng, tuy nhiên
thông tin chỉ được máy tính có địa chỉ so khớp với địa chỉ mã hoá trong tín hiệu gốc chấp nhận. Mỗi
lần chỉ có một máy có thể gửi thông điệp.



Dội tín hiệu

Do tín hiệu, tức tín hiệu điện tử, được gửi lên toàn mạng nên dữ liệu sẽ đi từ đầu cáp này tới
đầu cáp kia. Nếu tín hiệu được phép tiếp tục không ngừng, nó sẽ dội quay trở lại trong dây cáp và
ngăn không cho máy tính khác được gửi tín hiệu. Do đó tín hiệu phải bị chặn lại sau khi đến được
đúng địa chỉ đích.


Terminator

Nhằm ngăn không cho tín hiệu dội lại, một thiết bị có tên gọi là terminator(điện trở cuối)
được đặt ở mỗi đầu cáp để hấp thụ các tín hiệu tự do. Việc hấp thụ tín hiệu sẽ làm thông cáp và cho
phép máy tính khác có thể gửi tín hiệu. Mỗi đầu cáp trên mạng phải được cắm cái gì đó. Ví dụ có
thể cắm đầu cáp vào một máy tính hay một đầu dây nối để mở rộng chiều dài cáp. Mọi đầu cáp hở,
tức đầu không cắm vào gì cả phải được chặn lại(bằng Terminator) nhằm tránh tín hiệu dội lại.
18


Ưu điểm và nhược điểm


Ưu điểm

- Dùng dây cáp ít, dễ lắp đạt.
- Không giới hạn độ dài cáp.


Nhược điểm

- Sẽ gây ra nghẽn mạng khi chuyển lưu lượng dữ liệu lớn.
- Khi một trạm trên đường truyền bị hỏng thì các trạm khác cũng ngừng hoạt động.
4.2.1.2 Mạng hình sao

Hình 4.14: Mạng hình Sao
Nhìn trên hình 4.14 ta thấy mạng dạng hình sao(Star topology) bao gồm một trung tâm và các
nút thông tin. Các nút thông tin là các trạm đầu cuối, các máy tính và các thiết bị khác của mạng.
Trung tâm của mạng điều phối mọi hoạt động trong mạng với các chức nǎng cơ bản là:
- Xác định cặp địa chỉ gửi và nhận được phép chiếm tuyến thông tin và liên lạc với nhau.
- Cho phép theo dõi và sử lý sai trong quá trình trao đổi thông tin.
- Thông báo các trạng thái của mạng.
Ưu và nhược điểm của mạng hình sao


Ưu điểm

- Hoạt động theo nguyên lý nối song song nên nếu có một thiết bị nào đó ở một nút thông
tin bị hỏng thì mạng vẫn hoạt động bình thường.
- Cấu trúc mạng đơn giản và các thuật toán điều khiển ổn định.
- Mạng có thể mở rộng hoặc thu hẹp tuỳ theo yêu cầu của người sử dụng.


Nhược điểm
19


- Khả nǎng mở rộng mạng hoàn toàn phụ thuộc vào khả nǎng của trung tâm. Khi trung tâm
có sự cố thì toàn mạng ngừng hoạt động.
- Mạng yêu cầu nối độc lập riêng rẽ từng thiết bị ở các nút thông tin đến trung tâm.

- Khoảng cách từ máy đến trung tâm rất hạn chế(100 m).
Nhìn chung, mạng dạng hình sao cho phép nối các máy tính vào một bộ tập trung (HUB hay
Switch) bằng cáp xoắn, giải pháp này cho phép nối trực tiếp máy tính với HUB/Switch không cần
thông qua trục BUS, tránh được các yếu tố gây ngưng trệ mạng. Gần đây, cùng với sự phát
triển switching hub, mô hình này ngày càng trở nên phổ biến và chiếm đa số các mạng mới lắp.
Sao mở rộng

Hình 4.15: Mạng sao mở rộng
Ngoài các mạng hình sao đơn còn có các mạng gồm nhiều mạng hình sao khác nhau tạo thành
1 hệ thống. Các máy tính sẽ nối với bộ trung tâm(HUB hoặc Switch) tạo thành 1 hình sao và các
HUB lại nối với 1 HUB cao hơn tạo thành 1 mạng lưới hình sao lớn hơn hay còn gọi là hình sao mở
rộng.
Ưu và nhược điểm của mạng sao mở rộng


Ưu điểm

- Hoạt động theo nguyên lý nối song song nên nếu có một thiết bị nào đó ở một nút thông
tin bị hỏng thì mạng vẫn hoạt động bình thường.
- Cấu trúc mạng đơn giản và các thuật toán điều khiển ổn định.
- Mạng có thể mở rộng hoặc thu hẹp tuỳ theo yêu cầu của người sử dụng.
4.2.1.3 Mạng dạng vòng


Mạng vòng đơn

20


Hình 4.16: Mạng dạng vòng đơn

Theo hình 4.16, mạng dạng này, bố trí theo dạng xoay vòng, đường dây cáp được thiết kế
làm thành một vòng khép kín, tín hiệu chạy quanh theo một chiều nào đó. Các nút truyền tín hiệu
cho nhau mỗi thời điểm chỉ được một nút mà thôi. Dữ liệu truyền đi phải có kèm theo địa chỉ cụ thể
của mỗi trạm tiếp nhận.


Mạng vòng đôi

Hình 4.17: Mạng vòng đôi
Cấu trúc mạng vòng đôi có cấu trúc giống với vòng đơn nhưng tín hiệu có thể được truyền
theo 2 vòng trái ngược nhau. Có nghĩa là các tín hiệu có thể truyền từ máy này sang máy khác theo
1 vòng tròn từ trái qua phải và ngược lại.(Hình 4.17)
Ưu và nhược điểm mạng vòng


Ưu điểm

- Có thể nới rộng ra xa, tổng đường dây cần thiết ít hơn so với hai kiểu trên.
- Truyền dữ liệu nhanh và tiết kiệm chi phí vì không phải thuyết kế đường mạng khác.
-

Các máy có thể truyền dữ liệu qua lại cho nhau.

- Dữ liệu thông tin ít bị tắc nghẽn.
21




Nhược điểm

Đường dây phải khép kín, nếu bị ngắt ở một nơi nào đó thì toàn bộ hệ thống cũng bị ngừng.
4.2.1.4 Mạng dạng kết hợp


Kết hợp hình sao và tuyến

Hình 4.18: Mạng Star – Bus
Cấu hình mạng dạng này có bộ phận tách tín hiệu(spitter) giữ vai trò thiết bị trung tâm, hệ
thống dây cáp mạng có thể chọn hoặc Ring Topology hoặc Linear Bus Topology.
Ưu điểm
Mạng Star-Bus có thể gồm nhiều nhóm làm việc ở cách xa nhau, ARCNET là mạng dạng kết
hợp Star/Bus Topology. Cấu hình dạng này đưa lại sự uyển chuyển trong việc bố trí đường dây
tương thích dễ dàng đối với bất cứ toà nhà nào.


Kết hợp hình sao và vòng

Cấu hình dạng kết hợp Star/Ring Topology, có một “thẻ bài” liên lạc(Token) được chuyển
vòng quanh một cái HUB trung tâm. Mỗi trạm làm việc(workstation) được nối với HUB – là cầu
nối giữa các trạm làm việc và để tǎng khoảng cách cần thiết.

Hình 4.19: Mạng kết hợp hình sao và vòng.
22


Ưu điểm
Tiết kiệm chi phí đường dây, thuận lợi truyền tín hiệu. Nếu có 1 máy ở 1 nút thông tin nào đó
bị hỏng thì máy vẫn hoạt động bình thường. Có thể nới rộng hay thu hẹp mạng lưới tùy ý người sử
dụng.

4.2.1.5 Mạng mesh
Mạng này cho phép các thiết bị kết nối trực tiếp với các thiết bị khác mà không cần phải qua
bộ tập trung như Hub hay Switch. (Hình 4.20)

Hình 4.20: Cấu trúc mạng Mesh
Ưu và nhược điểm của mạng Mesh


Ưu điểm

Các thiết bị hoạt động độc lập, khi thiết bị này hỏng vẫn không ảnh hưởng đến thiết bị khác.


Nhược điểm

- Tiêu tốn tài nguyên về memory, về xử lý của các máy trạm.
- Quản lý phức tạp.
4.2.1.6 Mạng phân cấp

Hình 4.21: Mạng phân cấp
Mô hình này cho phép quản lý thiết bị tập chung, các máy trạm được đặt theo từng lớp tùy
thuộc vào chức năng của từng lớp.
23


Ưu và nhược điểm mạng phân cấp


Ưu điểm

Khả năng quản lý, bảo mật hệ thống tốt.


Nhược điểm

Phải dùng nhiều bộ tập trung dẫn đến chi phí nhiều.
4.2.2 Topo logic
Khái niệm: Là cách thức truy nhập môi trường truyền dẫn của máy tính khi truyền dữ
liệu.
Phân loại: Topo logic gồm có hai loại chính :


Topo quảng bá



Chuyển thẻ bài

4.2.2.1 Topo quảng bá
Tất cả các node cùng truy nhập chung trên một đường truyền vật lý. Một thông điệp được
truyền đi từ một node nào đó sẽ được các node còn lại tiếp nhận và khiểm tra địa chỉ đích trong
thông điệp có phải của nó hay không. Cần thiết phải có cơ chế để giải quyết vấn đề đụng độ thông
tin hay tắc nghẽn thông tin trên đường truyền trong các mạng hình BUS.
Các mạng có cấu trúc quảng bá được phân chia thành hai loại:


Quảng bá tĩnh: Chia thời gian thành nhiều khoảng rời rạc và dùng cơ chế quay vòng
(Round Robin) để cấp phát đường truyền. Các node có quyền được truy nhập khi đến cửa
thời gian của nó.



Quảng bá động:

- Quảng bá động tập trung: Một thiết bị trung gian có chức năng tiếp nhận yêu cầu liên lạc
và phát đường truyền cho các node. Kiểu cấp phát này giảm được tối đa thời gian chết của
đường truyền, hiệu suất kênh truyền cao, nhưng thiết kế phức tạp và khó khăn.
- Quảng bá động phân tán: Không có bộ trung gian, các node tự quyết định có nên hay
không nên truy nhập đường truyền, phụ thuộc vào trạng thái của mạng.

Hình 4.22: Các mạng có cấu trúc quảng bá
24


4.2.2.2 Chuyển thẻ bài
Gồm 2 loại:


Phương pháp bus với thẻ bài



Phương pháp vòng với thẻ bài



Phương pháp bus với thẻ bài

Phương pháp truy nhập có điểu khiển dùng kỹ thuật “chuyển thẻ bài” để cấp phát quyền
truy nhập đường truyền. Thẻ bài (Token) là một đơn vị dữ liệu đặc biệt, có kích thước và có chứa

các thông tin điều khiển trong các khuôn dạng.
Nguyên lý: Để cấp phát quyền truy nhập đường truyền cho các trạm đang có nhu cầu
truyền dữ liệu, một thẻ bài được lưu chuyển trên một vòng logic thiết lập bởi các trạm đó. Khi một
trạm nhận được thẻ bài thì nó có quyền sử dụng đường truyền trong một thời gian định trước. Trong
thời gian đó nó có thể truyền một hoặc nhiều đơn vị dữ liệu. Khi đã hết dữ liệu hay hết thời đoạn
cho phép, trạm phải chuyển thẻ bài đến trạm tiếp theo trong vòng logic. Như vậy công việc phải
làm đầu tiên là thiết lập vòng logic (hay còn gọi là vòng ảo) bao gồm các trạm đang có nhu cầu
truyền dữ liệu được xác định vị trí theo một chuỗi thứ tự mà trạm cuối cùng của chuỗi sẽ tiếp liền
sau bởi trạm đầu tiên. Mỗi trạm được biết địa chỉ của các trạm kề trước và sau nó. Thứ tự của các
trạm trên vòng logic có thể độc lập với thứ tự vật lý. Các trạm không hoặc chưa có nhu cầu truyền
dữ liệu thì không được đưa vào vòng logic và chúng chỉ có thể tiếp nhận dữ liệu.

Hình 4.23: Vòng logic trong mạng bus
Trong hình vẽ, các trạm A, E nằm ngoài vòng logic, chỉ có thể tiếp nhận dữ liệu dành cho
chúng.
Vấn đề quan trọng là phải duy trì được vòng logic tuỳ theo trạng thái thực tế của mạng tại thời
điểm nào đó. Cụ thể cần phải thực hiện các chức năng sau:

25