Bài giảng Truyền số liệu - ThS. Nguyễn Anh Vinh

27/06/2017

1

TRUYỀN SỐ LiỆU
Giảng Viên : Th.S Nguyễn Anh Vinh

Thông tin môn học
2

Mục tiêu:
Cung cấp các kiến thức về số liệu, kỹ thuật, quy tắc
truyền và môi trường truyền số liệu.
Tài liệu tham khảo:
1. Data Communications and Networking, Nehrouz A.
Forouzan, McGraw-Hill, 2007.
2. Data and Computer Communications, William
Stallings, 8th edition, Prentice Hall, 2007
3. Kỹ thuật truyền số liệu, Nguyễn Việt Hùng, Nguyễn
Ngô Lâm, Nguyễn Văn Phúc, trường đại học SPKT,
2011.

1


27/06/2017

Nội dung môn học
3

Bài 1: Tổng quan về truyền dữ liệu và mạng

Bài 2: Giao thức và cấu trúc mạng
Bài 3: Truyền tải thông tin
Bài 4: Môi trường truyền dẫn
Bài 5: Kỹ thuật mã hóa tín hiệu
Bài 6: Kỹ thuật truyền dữ liệu số
Bài 7: Các giao thức điều khiển liên kết dữ liệu
Bài 8: Ghép kênh

1.4

Bài 1:
Tổng quan về truyền dữ
liệu và mạng
Giảng Viên : Th.S Nguyễn Anh Vinh

2


27/06/2017

Mô hình truyền thông
5

Source System

Source

Destination System

Transmitter

Transmission
System

Receiver

Destination

Tác vụ truyền số liệu
6

Sử dụng hệ thống đường truyền
Các chuẩn giao tiếp
Tạo tín hiệu
Đồng bộ tín hiệu
Quản lý việc trao đổi dữ liệu
Điều khiển luồng
Phát hiện và sửa lỗi
Địa chỉ
Tìm đường
Khôi phục
Định dạng gói tin
Bảo mật
Quản trị mạng

3


27/06/2017

Mô hình truyền dữ liệu đơn giản
7

2 MẠNG
8

Giao tiếp điểm-điểm thường không thực tế
Các thiết bị cách xa nhau
Số kết nối tăng đáng kể khi số các thiết bị cần giao tiếp
lớn
Wide-Area
Switching
Network
⇒ mạng truyền số liệu
node
Chủ đề quan trọng:
Tiêu chí mạng
Destination system
Phân loại mạng Source system
Trans
Giao thức
Dest
Trans
Source
Receiver
mitter

mission
System

ination

Local-Area
Network

4


27/06/2017

2.1 Tiêu chí đánh giá
9

Hiệu năng
Phụ thuộc vào các phần tử trong mạng
Tham số: độ trễ và lưu lượng

Độ tin cậy
Mức độ hỏng hóc của các phần tử trong mạng
Tham số: tính sẵn sàng/ tính bền vững

Bảo mật
Bảo vệ dữ liệu để không bị xuống cấp/mất mát do:
Lỗi
Mã độc

2.2 Phân loại
10

1.

Cách thức kết nối

2.

Cách thức bố trí

3.

Chế độ truyền

4.

Cự ly kết nối

5


27/06/2017

1. Cách thức kết nối (cấu hình đường dây)
11

Cấu hình điểm - điểm:
Truyền dẫn 2 thiết bị
chiếm toàn dung lượng
kênh
Ví dụ: điều khiển TV
bằng bộ remote.

Cấu hình đa điểm:
Dung lượng kênh được
chia sẻ theo thời gian

2. Cách thức bố trí (tôpô - Topology)
12

Có 5 dạng tôpô: lưới, sao, cây, bus và
vòng, và một dạng Tôpô hỗn hợp.

6


27/06/2017

Dạng lưới (Mesh)
13

Ưu điểm:

Không cần bài toán
lưu thông
Tôpô lưới rất bền
vững
Tính riêng tư, bảo mật
cao
Phát hiện và sửa lỗi
nhanh

Mạng n thiết bị cần n(n1)/2 kết nối.

Mỗi thiết bị cần có (n-1)
cổng vào/ra (I/O)

Nhược điểm:
Chi phí lắp đặt cao
Mở rộng khó khăn

Dạng sao (Star)
14

Ưu điểm:
Chi phí thấp hơn tôpô
lưới.
Tính bền vững cao.
Dễ phát hiện lỗi.

Nhược điểm:
Mạng n thiết bị cần n kết
nối.
Mỗi thiết bị cần có 1 cổng
I/O

Chi phí Hub.
Tính bảo mật không
cao.
Mở rộng thiết bị có giới
hạn.
Khoảng cách giữa Hub
và thiết bị có giới hạn.

7


27/06/2017

Dạng cây (Tree)
15

Có ưu và nhược
điểm giống với dạng
sao.
Ưu điểm bổ sung
Là biến thể của dạng sao
Số kết nối = số thiết bị (n) +
số hub phụ (m)
Mỗi thiết bị cần có 1 cổng
I/O

Tăng số thiết bị kết
nối với hub trung
tâm và tăng cự ly
lan truyền tín hiệu.
Cho phép phân cấp
mạng và tạo mức ưu
tiên cho các thiết bị.

Dạng thẳng hàng (bus)
16

Ưu điểm:

Hiệu qủa sử dụng kết
nối cao.
Dễ lắp đặt, thay đổi vị
trí lắp đặt thiết bị.

Nhược điểm:
Là dạng cấu hình đa điểm.
Điểm nối (tap) thường bị
tổn hao nhiệt từ nhánh rẽ
(drop line)

Khó gắn thêm thiết bị
vào.
Tín hiệu từ các điểm
nối phản xạ làm giảm
chất lượng truyền tín
hiệu.
Tính bền vững kém.

8


27/06/2017

Dạng vòng (ring)
17

Ưu điểm:
Tương đối dễ thiết

lập và tái cấu trúc
Phát hiện lỗi tương
đối đơn giản
n thiết bị cần cần n kết nối.
Mỗi thiết bị có một ngõ
phát và một ngõ thu.

Nhược điểm:
Tín hiệu di chuyển
trong mạng chỉ theo
một chiều nên
chậm.
Tính bền vững thấp.

Ví dụ
18

Tính số kết nối để kết nối 8 thiết bị theo tôpô:
Dạng Lưới
Dạng sao
Dạng cây
Dạng bus
Dạng vòng

9


27/06/2017

Dạng hỗn hợp

19

Tôpô hỗn hợp gồm: 1
mạng trục dạng sao có kết
nối với 3 tôpô: bus (4 thiết
bị), vòng (4 thiết bị) và sao (3
thiết bị).

Tồn tại ít nhất 2
dạng trong các dạng
tôpô sau: lưới, sao,
bus và vòng.
Kết hợp cấu hình
nhiều mạng con để
thành một mạng
lớn.

3. Chế độ truyền
20

Đơn công (Simplex):
phát thanh, truyền
hình,…
Bán song công (Halfduplex): Bộ đàm
Song công (Full-duplex
= duplex): Điện thoại
di động

10

27/06/2017

4. Cự ly kết nối
21

Mạng cục bộ (LAN: Local Area Network)
Mạng đô thị (MAN: Metropolitan Area Network)
Mạng diện rộng (WAN: Wide Area Network)

Mạng cục bộ LAN
22

Cự ly ngắn: khoảng vài km
Cấu hình thường dùng là bus, vòng và sao.
Tốc độ truyền dẫn hiện nay 100 Mb/s, có thể lên tới Gb/s.

11


27/06/2017

Mạng đô thị MAN
23

Phạm vi hoạt động: tỉnh, thành phố
Ví dụ: mạng truyền hình cáp, mạng kết nối nhiều mạng LAN
thành mạng lớn hơn.

Mạng diện rộng WAN

24

Cung cấp truyền dẫn dữ liệu, hình ảnh, thoại, và video trong
diện rộng (quốc gia, lục địa và toàn cầu)

12


27/06/2017

Mạng WAN: ví dụ
25

WAN chuyển mạch:
Kết nối router với
mạng LAN hoặc WAN
(X.25, ATM, …)

WAN điểm – điểm:
Một đường thuê bao
riêng từ một máy tín
hoặc một mạng LAN
đến nhà cung cấp dịch
vụ ISP

Mạng hỗn hợp
26

13

27/06/2017

Mạng toàn cầu Internet
27

Câu hỏi ôn tập
28

1. Hãy trình bày khái niệm về thông tin, dữ liệu.
2. Mục đích của hệ thống truyền thông dữ liệu là gì? Hệ truyền
hình cáp có phải là hệ thống truyền thông dữ liệu không? Hãy
kể tên một hệ thống truyền thông dữ liệu?
3. Hệ thống máy tính của Hutech có phải là hệ truyền thông dữ
liệu không?
4. Trong các hệ thống truyền thông, tín hiệu dùng để làm gì?
5. Cho biết các thành phần vật lý chính của hệ thống truyền
thông dữ liệu.

14


27/06/2017

29

HẾT BÀI 1

Bài 2:
Giao thức và mô hình

mạng
Giảng Viên : Th.S Nguyễn Anh Vinh

15


27/06/2017

NỘI DUNG
1) Kiến trúc truyền thông máy tính
2) Mô hình OSI
3) Mô hình (bộ giao thức) TCP/IP

Kiến trúc truyền thông máy tính
Ứng dụng truyền file
Nguồn thiết lập kết nối (báo cho mạng biết đâu là đích)
Nguồn đảm bảo đích sẵn sàng nhận dữ liệu
Ứng dụng truyền file trên h/t nguồn phải đảm bảo chương trình
quản lý file trên h/t đích sẵn sàng nhận và lưu trữ file
Nếu định dạng file dùng trên 2 h/t không tương thích, một hoặc
cả 2 h/t phải thực hiện chức năng chuyển đổi

Tác vụ giao tiếp được phân nhỏ thành các mô đun
Ví dụ: truyền file có thể được phân thành 3 mô đun
Truyền file
Dịch vụ giao tiếp
Truy xuất mạng

16

27/06/2017

Ví dụ kiến trúc phân cấp

Nghi thức giao tiếp (giao thức)
Dùng để giao tiếp giữa các
thực thể trong một hệ thống
Thực thể
Có khả năng gởi/nhận thông tin
Ứng dụng người dùng
Thư điện tử
Thiết bị đầu cuối

Hệ thống
Đối tượng vật lý, chứa một
hoăc nhiều thực thể
Máy tính
Thiết bị đầu cuối
Cảm biến từ xa

Các thành phần chính của một
nghi thức giao tiếp
Ngữ pháp (syntax)
Định dạng dữ liệu
Mức tín hiệu
Ngữ nghĩa (semantic)
Thông tin điều khiển
Xử lý lỗi
Định thời (timing)

Đồng bộ
Tuần tự

Phải cùng “nói” một ngôn ngữ

17


27/06/2017

Việc chuẩn hóa cấu trúc giao thức
Yêu cầu cho các thiết bị liên kết với nhau
Các nhà cung cấp có thể mở rông thị trường
Khách hàng dễ dàng tìm các thiết bị hợp chuẩn
2 chuẩn thông dụng
Mô hình OSI (Open System Interconnection)
Bộ giao thức (mô hình) TCP/IP

Ngoài ra còn có Systems Network Architecture
(SNA) của IBM

Mô hình mạng ISO/OSI
7 lớp
Ứng dụng (Application)
Trình bày (Presentation)
Giao dịch (Session)
Vận chuyển (Transport)
Mạng (Network)
Liên kết dữ liệu (Data link)
Vật lý (Physical)

4 Lớp dưới (từ vận
chuyển trở xuống) cần
phải chuẩn hóa.

Real System Environment
Application Layer
Presentation Layer
Session Layer
Transport Layer
Network Layer
Datalink Layer
Physical Layer

18


27/06/2017

Mô hình mạng ISO/OSI

Mô hình mạng ISO/OSI
Layer 7
Application
Service to
Layer N+1

Total
Communication
Function

Layer N

Layer N entity

Decompose
(modularity,
information-hiding)

Protocol with
peer Layer N

Service from
Layer N-1

Layer 1
Physical
OSI-wide standards
(e.g. network management, security)

19


27/06/2017

Lớp ứng dụng (lớp 7)

Cung cấp ứng dụng và giao diện cho người sử dụng.
Ví dụ: Máy A sử dụng ứng dụng internet explorer (IE) để
truy cập vào trang web: ở máy

B
Đóng gói dữ liệu và chuyển xuống lớp trình diễn
Data: địa chỉ web
H 7: thông tin về ứng dụng IE

Lớp trình bày (lớp 6)

Cung cấp định dạng dữ liệu được dùng để truyền dữ
liệu giữa các máy tính nối mạng (chuyển đổi mã ký
tự, mã hóa dữliệu, nén dữ liệu…)
Ví dụ: máy A dùng ASCII, máy B dùng UNICODE.
Đóng gói dữ liệu và chuyển xuống lớp giao dịch.
H6: thông tin về loại định dạng
2.40

20


27/06/2017

Lớp giao dịch (lớp 5)

Cho phép 2 ứng dụng tạo, sử dụng và xóa kết nối
Có khả năng nhận dạng tên và các chức năng khác (security,
recovery) cần thiết cho 2 máy tính nối kết qua mạng.
Cung cấp cơ chế điều khiển việc truyền thông điệp giữa các ứng
dụng (trợ giúp danh bạ, quyền truy cập, chức năng tính cước, …)
Đóng gói gởi xuống lớp giao vận.
H5: thông tin nhận biết của lớp 5.
2.41

Lớp vận chuyển (lớp 4)

Chịu trách nhiệm quản lý và chuyển vận dữ kiện giữa hai máy gửi và
máy nhận.
Cung cấp dịch vụ gửi dữ liệu có tin cậy (TCP) hay không tin cậy (UDP).
Dữ liệu nhận được từ lớp giao dịch được chia thành các đoạn dữ liệu nhỏ
hơn (segment).
Các đoạn dữ liệu sẽ được tái hợp trở lại thành dữ liệu ban đầu ở máy
nhận.
Đóng gói gởi xuống lớp mạng.
H4: thông tin của lớp 4.
2.42

21


27/06/2017

Lớp mạng (lớp 3)

Trung chuyển các gói giữa lớp vận chuyển vào lớp liên kết dữ liệu
Đánh địa chỉ gói và dịch địa chỉ luận lý (IP) thành địa chỉ vật lý
(MAC)
Tìm đường kết nối với máy tính khác thông qua mạng
Đóng gói gởi xuống lớp liên kết dữ liệu
H3: thông tin của lớp 3, quan trọng có địa chỉ IP của nguồn gửi và
nguồn nhận.
2.43

Lớp liên kết dữ liệu (lớp 2)
Đóng khung: xác định đầu và cuối các gói
Phát hiện lỗi: xác định gói nào có lỗi đường truyền
Sửa lỗi: cơ chế truyền lại ARQ (Automatic Repeat Request)
Kết hợp chặt chẽ với tầng vật lý thông qua địa chỉ vật lý.
Đóng gói gởi xuống lớp vật lý.
H2, T2: thông tin của lớp 2, thông tin quan trọng: MAC của
nguồn gửi và nguồn nhận.

2.44

22


27/06/2017

Lớp vật lý (lớp 1)
Điều khiển việc truyền dữ liệu (chuỗi các bit) thực sự
trên cáp/mạng (ví dụ: PSTN, X25, ISD N, ADSL,
Cable, Optical Fibre, leased line, Frame relay,
ATM…)
Định nghĩa tín hiệu điện, trạng thái đường truyền, mã
hóa thông tin và kiểu kết nối được sử dụng

2.45

Lớp vật lý (lớp 1)
Điều khiển việc truyền dữ liệu (chuỗi các bit) thực sự
trên cáp/mạng (ví dụ: PSTN, X25, ISD N, ADSL,
Cable, Optical Fibre, leased line, Frame relay, ATM…)

Định nghĩa tín hiệu điện, trạng thái đường truyền, mã
hóa thông tin và kiểu kết nối được sử dụng

2.46

23


27/06/2017

Dòng Dữ liệu truyền theo mô hình OSI
2.47

Máy nhận xử lý dữ liệu thu được từ tầng 1 đi ngược trở lên tầng 7.
Ở mỗi lớp, tham khảo Header của tầng mình, xử lý thích ứng và sau
đó tháo bỏ header của mình để chuyển lên tầng kế.
Sau cùng, máy nhận có dữ liệu và đáp ứng yêu cầu của máy gửi
(gởi về trang chủ trường Hutech)

Dữ liệu theo mô hình OSI

24


27/06/2017

Bộ giao thức TCP/IP
Hệ thống lý thuyết ra đời quá trễ
TCP/IP đang là tiêu chuẩn thực tiễn

Phát triển bởi quân đội Mỹ cho mạng chuyển mạch gói của quân
đội (ARPANET)
Hiện được sử dụng trên mạng Internet toàn cầu
Không có mô hình chính thức nhưng có các tầng:

Ứng dụng (tích hợp 3 lớp trên cùng của mô hình OSI),
Vận chuyển (tương đương với lớp Vận chuyển của OSI)
Internet (tương đương với lớp Mạng nhưng chỉ sử dụng
giao thức IP để định địa chỉ logic cho các máy tính)
Truy cập mạng
Vật lý

Mô hình TCP/IP
Destination System

Source System

Source

Transmitter

Transmission
System

Receiver

Destination

25