Bài giảng Chương 1: Giới thiệu về kỹ thuật truyền số liệu

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT
TRUYỀN SỐ LIỆU




Nội dung
dụng truyền dữ liệu
 Mơ hình hệ thống truyền dữ liệu
 Mạng truyền số liệu
 Kiến trúc truyền số liệu dùng máy tính
 Ứng

CSE 501035 – Data Communication

2


Ứng dụng truyền số liệu
Source System

Source

Destination System

Transmitter

Transmission
System

Receiver

Destination

Sơ đồ khối tổng qt (mơ hình Shannon)



Ứng dụng dữ liệu
Ứng dụng âm thanh, tiếng nói.




Ứng dụng video
Ứng dụng thời gian thực

Ví dụ
CSE 501035 – Data Communication

3


Mơ hình hệ thống truyền dữ liệu
 Hệ

thống truyền dữ liệu ?

 Dữ

liệu: biểu diễn số liệu, khái niệm, … dưới
dạng thích hợp cho việc giao tiếp, xử lý, diễn giải
 Thông tin: ý nghĩa được gán cho dữ liệu
 Tập hợp các thiết bị được kết nối thông qua một
môi trường truyền dẫn

CSE 501035 – Data Communication

4


Tác vụ của hệ thống truyền dữ liệu













Sử dụng hệ thống truyền dẫn
Giao tiếp
Tạo tín hiệu
Đồng bộ
Quản lý việc trao đổi dữ liệu

Điều khiển dòng dữ liệu
Phát hiện và sửa lỗi
Định vị địa chỉ và tìm đường
Khơi phục
Định dạng thơng báo
Bảo mật
Quản trị mạng

CSE 501035 – Data Communication

5


Hệ thống truyền dữ liệu


Tại sao phải dùng hệ thống truyền dữ liệu


Chia xẻ tài nguyên
 Máy

in
 Ổ đĩa/băng từ
 Cơng suất tính tốn
 Tập hợp dữ liệu


Phân tán tải
 Tính

tốn song song
 Tính tốn theo mơ hình client-server
 Fault tolerance


Trao đổi thông tin
 Giao

dịch cơ sở dữ liệu
 Thư điện tử
 Phân tán dữ liệu trên mạng – lưu trữ

CSE 501035 – Data Communication

6


Truyền số liệu
Destination System

Source System

Source



Transmitter

Transmission

System

Receiver

Destination

Liên quan đến các vấn đề truyền dữ liệu số dạng thô
Truyền dẫn dữ liệu (data transmission)
 Mã hóa dữ liệu (data encoding)
 Kỹ thuật trao đổi dữ liệu số (digital data communication)
 Điều khiển liên kết dữ liệu (data link control)
 Phân hợp (multiplexing)


 Liên

kết (link) hoặc mạch (circuit)
 Kênh (channel)
CSE 501035 – Data Communication

7


Mạng truyền số liệu


Giao tiếp điểm-điểm
thường không thực tế

Wide-Area

Network

Các thiết bị cách xa nhau
 Số kết nối tăng đáng kể
khi số các thiết bị cần
giao tiếp lớn
 mạng truyền số liệu

Switching
node





Phân loại dựa vào
phạm vi hoạt động



Source

Mạng cục bộ (Local-Area
Networks – LAN)
Mạng diện rộng (WideArea Networks – WAN)

CSE 501035 – Data Communication

Source system

Trans
mitter

Destination system

Trans
mission
System

Receiver

Dest
ination

Local-Area
Network

8


Mạng truyền số liệu


Mạng cục bộ LAN


Đặc điểm
 Kết

nối các thiết bị cùng tổ chức

 Tốc độ cao
 Thường dùng hệ thống broadcast
 Hệ thống chuyển mạch và ATM đang được ứng dụng


Cấu hình
 Chuyển

mạch

Ethernet chuyển mạch (một hoặc nhiều bộ chuyển mạch)
 ATM LAN
 Fibre channel


 Không

dây

Cơ động
 Dễ dàng cài đặt


CSE 501035 – Data Communication

9


Mạng truyền số liệu


Mạng diện rộng WAN


Khác như thế nào so với mạng LAN?





Triển khai theo diện rộng
Dựa vào các mạch truyền dẫn công cộng

Công nghệ


Chuyển mạch mạch (circuit-switching)




Chuyển mạch gói (packet-switching)






Được dùng trong chuyển mạch gói có xác suất lỗi thấp

ATM





Khơng được dành riêng đường truyền dẫn
Mỗi gói đi theo đường khác nhau
Chi phí đường truyền cao để khắc phục các lỗi truyền dẫn

Frame Relay




Đường truyền dẫn dành riêng giữa 2 node mạng

Chế độ truyền bất đồng bộ (Asynchronous Transfer Mode)
Dùng các gói có kích thước cố định (gọi là cell)

ISDN


Mạng số các dịch vụ tích hợp (Integrated Services Digital Network)

CSE 501035 – Data Communication

10

Mạng truyền số liệu


Một cách phân loại khác
Dựa vào kiến trúc và kỹ thuật dùng để trao đổi dữ liệu
 Mạng chuyển mạch (switched networks)


 Mạng

chuyển mạch mạch
 Mạng chuyển mạch gói


Mạng phát tán (broadcast networks)
 Mạng

radio gói (packet radio net.)
 Mạng vệ tinh (satellite net.)
 Mạng cục bộ (local net.)

CSE 501035 – Data Communication

11


Cấu hình mạng truyền số liệu

CSE 501035 – Data Communication

12


Kiến trúc truyền thơng máy tính





Tác vụ giao tiếp được phân nhỏ thành các môđun
Các mođun được hiện thực trên các lớp khác nhau (trên cả 2 hệ thống)
Giao tiếp đồng đẳng
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 khơng tương thích, một hoặc cả 2 h/t
phải thực hiện chức năng chuyển đổi

Ví dụ: truyền file có thể được phân thành 3 mơđun





Truyền file
Dịch vụ giao tiếp
Truy xuất mạng

Computer I

Computer II

Application process

User-to-user
communication

Application process

Communication
subsystem

Computer-to-computer
communication

Communication
subsystem

Computer-to-network communication

Data communication network
CSE 501035 – Data Communication

13


Nghi thức giao tiếp (giao thức)


Dùng để giao tiếp giữa các
thực thể trong một hệ thống


Thực thể







Hệ thống







Có khả năng gởi/nhận thông
tin
Ứng dụng người dùng

Thư điện tử
Thiết bị đầu cuối
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)





Ngữ nghĩa (semantic)





Định dạng dữ liệu
Mức tín hiệu
Thơng tin điều khiển
Xử lý lỗi

Định thời (timing)



Đồng bộ
Tuần tự

Phải cùng “nói” một ngơn ngữ

CSE 501035 – Data Communication

14


Tiêu chuẩn hóa



Cần thiết cho các tác vụ liên thơng giữa các thiết bị
Các tổ chức chuẩn hóa










Ưu điểm





Internet Society (ISOC): cộng đồng các tổ chức và cá nhân liên quan đến việc
đánh địa chỉ của internet (bao gồm cả IETF, IAB)
Electronics Industries Association EIA: hiệp hội các nhà sản xuất ở Mỹ, đưa
ra chuẩn RS232 và các chuẩn tương tự
Institute of Electrical and Electronic Engineers IEEE
(): tổ chức nhà nghề của các kỹ sư điện-điện tử (IEEE754: chuẩn cho số chấm động)
International Telecommunications Union ITU (): điều
phối các chuẩn tầm quốc tế, cấp phát tần số viễn thông vệ tinh
American National Standards Institute ANSI (): đại
diện cho một số tổ chức chuẩn hóa ở Mỹ (chuẩn cho ký tự ASCII)
International Organization for Standardization ISO ():
có nhiều chuẩn liên quan đến máy tính, đại diện ở Mỹ là ANSI (ISO9000 là
chuẩn liên quan bảo hiểm chất lượng)
Bảo đảm thị trường lớn cho các thiết bị và các phần mềm
Cho phép các sản phẩm của các nhà cung cấp có thể giao tiếp với nhau

Nhược điểm



Hạn chế sự phát triển công nghệ
Có thể có nhiều chuẩn cho cùng một cơng nghệ

CSE 501035 – Data Communication

15


Tiêu chuẩn hóa


Hệ thống kín (sở hữu riêng)





Hệ thống nhiều nhà cung cấp (thương mại hóa)








Được định nghĩa bởi một số nhà cung cấp dịch vụ viễn thông
SNA (IBM), IPX (Novel), ...
V-series: kết nối giữa DTE và modem kết nối với PSTN (Public Switched
Telephone Tetwork)
X-series: kết nối giữa DTE và PSDN (Public Switched Data Network)
I-series: kết nối giữa DTE và ISDN (Integrated Services Digital Network)

Hệ thống DoD




Được định nghĩa bởi một vài nhà sản xuất máy tính
Chỉ liên quan đến việc truyền dữ liệu trong một máy tính hoặc giữa máy tính
với các thiết bị ngoại vi

TCP/IP – Transmission Control Protocol/Internet Protocol)

Hệ thống mở



Được định nghĩa bởi ISO
OSI – Open Systems Interconnection

CSE 501035 – Data Communication

16


Mơ hình 3 lớp


Network Access Layer
Trao đổi dữ liệu giữa máy tính và mạng
 Máy tính nguồn cung cấp địa chỉ đích
 Có thể có các mức dịch vụ

 Tùy thuộc vào loại mạng đang dùng (LAN, chuyển mạch
gói, …)




Transport Layer
Trao đổi dữ liệu tin cậy
 Độc lập với mạng đang dùng
 Độc lập với ứng dụng




Application Layer


Hỗ trợ các ứng dụng người dùng khác nhau (e.g. e-mail,
file transfer)

CSE 501035 – Data Communication

17


Kiến trúc nghi thức và mạng


2 mức địa chỉ
Mỗi máy tính cần 1

địa chỉ mạng duy
nhất
 Mỗi ứng dụng trong
một máy tính cần 1
địa chỉ duy nhất
(trong máy)


 Service

Service Access Point

Network Address

Computer A

Access Point

(SAP)
 Port đối với mơ hình
TCP/IP

Computer C

Computer B

CSE 501035 – Data Communication

18

Nghi thức trong mơ hình 3 lớp
Computer X

Computer Y

Application Protocol

Transport Protocol

Network access
protocol

CSE 501035 – Data Communication

Network access
protocol

19


Protocol Data Units (PDU)





Tại mỗi lớp, người ta dùng các nghi thức để giao tiếp
Thông tin điều khiển được thêm vào dữ liệu người dùng tại
mỗi lớp

Lớp Transport có thể phân đoạn dữ liệu người dùng
Mỗi phân đoạn có một header chứa




SAP đích
Số tuần tự
Mã phát hiện sai

Application Data

Transport
header
Transport
Protocol Data Units
Transport
header

Network
Protocol Data Units
(packages)

CSE 501035 – Data Communication

Network
header

Network
header

20


Network PDU


Thêm header mạng chứa
Địa chỉ mạng của máy đích
 Yêu cầu dịch vụ


DSAP = Destination Service Access Point
DHost = Destination Host

Source X

Application

Record

Transport

Record

DSAP

DSAP

Destination Y

Application

Transport

Transport PDU

Network
access

DHost

DHost

Network
access

Packet
CSE 501035 – Data Communication

21


Kiến trúc nghi thức được chuẩn hóa
Cần thiết để các thiết bị trao đổi dữ liệu
 Các nhà cung cấp có nhiều sản phẩm
 Khách hàng có thể địi hỏi thiết bị hợp chuẩn
 2 chuẩn thơng dụng


Mơ hình OSI

 Mơ hình TCP/IP




Ngồi ra cịn có Systems Network Architecture
(SNA) của IBM

CSE 501035 – Data Communication

22


Mơ hình DoD









Phát triển bởi DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) cho mạng
chuyển mạch gói ARPANET (sau này là Internet)
Sắp xếp phân cấp của các thực thể có khả năng giao tiếp với các thực thể ngang
cấp trong một hệ thống khác
Trong một hệ thống, một thực thể cung cấp dịch vụ cho các thực thể khác và cũng
sử dụng dịch vụ của các thực thể khác
Nhấn mạnh vào sự kết nối liên mạng, nghĩa là, khi 2 thực thể giao tiếp không nối

chung một mạng
Quan tâm cả hệ thống hướng đến kết nối và không kết nối
Bao gồm các ứng dụng: trao đổi file (FTP, RCP), mô phỏng terminal (telnet,
rlogin), chia xẻ và truy cập file phân tán (NFS), thực thi lệnh từ xa (rsh, rexec), in
ấn từ xa (lpr), 802.X, X.25, mail (SMTP), quản trị mạng (NSP, SNMP)
TCP/IP được phát triển đồng thời với mơ hình ISO





Khơng chứa các nghi thức liên quan đến các lớp trong mô hình ISO
Hầu hết các chức năng của mơ hình ISO được tích hợp trong TCP/IP

Khơng phải mơ hình chính thức, nhưng là một mơ hình thực tiễn






Lớp ứng dụng
Lớp vận chuyển (giao tiếp giữa các thiết bị)
Lớp Internet
Lớp truy xuất mạng
Lớp vật lý

CSE 501035 – Data Communication

23

Mơ hình kiến trúc giao thức TCP/IP
Destination System

Source System

Source

CSE 501035 – Data Communication

Transmitter

Transmission
System

Receiver

Destination

24


Khái niệm TCP/IP

CSE 501035 – Data Communication

25