Chuẩn Hóa Các Mô Hình Truyền Số Liệu

nó không cho phép hạn chế kích thước thông báo mà phải thực hiện theo khuôn dạng nhất định.

- Mạng chuyển mạch gói (Packet Switching)

Node 2

Node 4

Node 1

Node 6

Node 3

Node 5

Hình 1.8. Mô hình mạng chuyển mạch gói

Mỗi thông báo được chia thành các gói nhỏ gọi là gói tin có khuôn dạng định trước. Mỗi gói tin có chứa thông tin điều khiển chỉ rò địa chỉ nguồn, đích.

Chuyển mạch gói có các gói tin kích thước nhỏ do đó dễ dàng xử lý tại các node trung gian. Hiệu suất cao mềm dẻo. Tuy nhiên do phải có cơ chế đánh dấu gói tin để tránh gói tin bị thất lạc hoặc mất giúp cho việc khôi phục lại được dễ dàng

e. Dựa vào topo mạng

- Mạng dạng hình sao (Star topology)

Mạng dạng hình sao bao gồm một bộ kết nối trung tâm (bộ chuyển mạch Switch hoặc bộ định tuyến Router) và các nút. Các nút này là các trạm đầu cuối, các máy tính và các thiết bị khác của mạng. Bộ kết nối trung tâm của mạng điều phối mọi hoạt động trong mạng.

Hình 1.9. Cấu trúc mạng hình sao

Mô hình kết nối hình sao ngày nay đã trở nên phổ biến. Với việc sử dụng các bộ tập trung hoặc chuyển mạch, cấu trúc hình sao có thể được mở rộng bằng cách tổ chức nhiều mức phân cấp, do vậy dễ dàng trong việc quản lý và vận hành.

- Mạng hình tuyến (Bus topology)

Thực hiện theo cách bố trí hành lang, các máy tính và các thiết bị khác (các nút) 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 dữ liệu khi truyền đi trên dây cáp đều mang theo địa chỉ của nơi đến.

Hình 1.10. Cấu trúc mạng hình tuyến

- Mạng dạng vòng (Ring topology)

Với dạng này, mạng được sắp xếp 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. Tại mỗi thời điểm chỉ một nút được truyền tín hiệu. Dữ liệu truyền đi phải có kèm theo địa chỉ cụ thể của mỗi trạm tiếp nhận.

Hình 1.11. Cấu trúc mạng dạng vòng

- Mạng dạng kết hợp

Kết hợp hình sao và tuyến (Star/Bus topology): Cấu hình mạng dạng này có bộ phận tách tín hiệu (Spitter) giữ vai trò thiết bị trung tâm. Lợi điểm của cấu hình này là mạng 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 (Star/Ring topology). Cấu hình mạng dạng kết hợp Star/Ring topology có một "thẻ bài" liên lạc (Token) được chuyển vòng quanh một 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).

1.4. Sự chuẩn hóa và mô hình tham chiếu

1.4.1. Chuẩn hóa các mô hình truyền số liệu

Sự phát triển của lĩnh vực thông tin liên lạc với kỹ thuật truyền số liệu đã trở nên phổ biến trên toàn cầu. Việc thông tin ngày càng nhiều, yêu cầu về độ chính xác và tin cậy ngày càng cao. Để bảo đảm điều này các hệ thống thông tin phải tuân thủ một số qui định về tất cả các khía cạnh như tốc độ truyền, phương pháp mã hóa, qui tắc đánh

địa chỉ, các biện pháp thực hiện khi có lỗi v. v . . . Tập hợp tất cả các qui định mà các hệ thống thông tin phải tuân theo gọi là các giao thức (protocols).

Hệ thống thông tin là một hệ thống rộng khắp, với rất nhiều người dùng và cũng rất nhiều các nhà cung cấp các sản phẩm thông tin cả về phần cứng và phần mềm. Yêu cầu về tính tương thích được đặt ra gay gắt và được thực hiện bằng cách xây dựng các chuẩn mà khi đáp ứng chúng, các sản phẩm tuy không cùng một nhà sản xuất cũng sẽ kết nối được với nhau. Công việc cần thiết đầu tiên là tạo một mô hình chung để xây dựng nên các chuẩn, phục vụ cho mục đích kết nối các hệ thống thông tin khác nhau. Tháng 3/1977 tổ chức tiểu chuẩn hóa quốc tế ISO (International Standards Organization - Là tổ chức tiêu chuẩn quốc tế hoạt động dưới sự bảo trợ của Liên hợp Quốc với thành viên là các cơ quan chuẩn quốc với mục đích hỗ trợ sự phát triển các chuẩn trên phạm vi toàn thế giới) bắt đầu nghiên cứu việc xây dựng mô hình chung với mục tiêu:

- Liên kết các hệ thống, các sản phẩm của các hãng sản xuất với nhau.

- Phối hợp các hoạt động chuẩn hóa trong lĩnh vực viễn thông và các hệ thống thông tin.

Năm 1984, mô hình tham chiếu cho việc kết nối các hệ thống mở OSI ( Open Systems Interconnection) ra đời, được CCITT chấp nhận và coi là tiêu chuẩn chung cho các nhà nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và sản xuất các thiết bị thông tin trên toàn cầu.

CCITT (Commite Consultatif International pour le Telegraphe et la Telephone - Tổ chức tư vấn quốc tế về điện tín và điện thoại)

1.4.2. Mô hình tham chiếu OSI

Việc nghiên cứu về OSI được bắt đầu tại ISO vào năm 1971 với các mục tiêu nhằm nối kết các sản phẩm của các hãng sản xuất khác. Ưu điểm chính của OSI là ở chỗ nó hứa hẹn giải pháp cho vấn đề truyền thông giữa các máy tính không giống nhau. Hai hệ thống, dù có khác nhau đều có thể truyền thông với nhau một các hiệu quả nếu chúng đảm bảo những điều kiện chung sau đây:

Chúng cài đặt cùng một tập các chức năng truyền thông.

Các chức năng đó được tổ chức thành cùng một tập các tầng. Các tầng đồng mức phải cung cấp các chức năng như nhau.

Các tầng đồng mức khi trao đổi với nhau sử dụng chung một giao thức

Mô hình kết nối các hệ thống mở OSI là mô hình căn bản về các tiến trình truyền thông, thiết lập các tiêu chuẩn kiến trúc mạng ở mức Quốc tế, là cơ sở chung để các hệ thống khác nhau có thể liên kết và truyền thông được với nhau. Mô hình OSI tổ chức các giao thức truyền thông thành 7 tầng, mỗi tầng giải quyết một phần hẹp của tiến trình truyền thông, chia tiến trình truyền thông thành nhiều tầng và trong mỗi tầng có thể có nhiều giao thức khác nhau thực hiện các nhu cầu truyền thông cụ thể.

Hệ thống A Hệ thống B

Tầng ứng dụng

	Application layer
Tầng trình bày		Presentation layer
Tầng phiên	Các giao thức đồng mức	Session layer
Tầng vận chuyển		Transport layer
Tầng mạng		Network layer
Tầng liên kết dữ liệu		Data link layer
Tầng vật lý		Physical layer
	Đường truyền vật lý

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 210 trang tài liệu này.

Hình 1.12. Mô hình kiến trúc phân tầng OSI

Trong mô hình OSI có hai loại giao thức chính được áp dụng: giao thức có liên kết (connection - oriented) và giao thức không liên kết (connectionless).

Giao thức có liên kết: trước khi truyền dữ liệu hai tầng đồng mức cần thiết lập một liên kết logic và các gói tin được trao đổi thông qua liên kết này, việc có liên kết logic sẽ nâng cao độ an toàn trong truyền dữ liệu.

Giao thức không liên kết: trước khi truyền dữ liệu không thiết lập liên kết logic và mỗi gói tin được truyền độc lập với các gói tin trước hoặc sau nó.

Như vậy với giao thức có liên kết, quá trình truyền thông phải gồm 3 giai đoạn phân biệt:

Thiết lập liên kết (logic): hai thực thể đồng mức ở hai hệ thống thương lượng với nhau về tập các tham số sẽ sử dụng trong giai đoạn sau (truyền dữ liệu).

Truyền dữ liệu: dữ liệu được truyền với các cơ chế kiểm soát và quản lý kèm theo (như kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng dữ liệu, cắt/hợp dữ liệu...) để tăng cường độ tin cậy và hiệu quả của việc truyền dữ liệu.

Hủy bỏ liên kết (logic): giải phóng tài nguyên hệ thống đã được cấp phát cho liên kết để dùng cho liên kết khác.

Đối với giao thức không liên kết thì chỉ có duy nhất một giai đoạn truyền dữ liệu mà thôi.

Gói tin của giao thức: Gói tin (Packet) được hiểu như là một đơn vị thông tin dùng trong việc liên lạc, chuyển giao dữ liệu trong mạng máy tính. Những thông điệp (message) trao đổi giữa các máy tính trong mạng, được tạo dạng thành các gói tin ở máy

nguồn. Và những gói tin này khi đích sẽ được kết hợp lại thành thông điệp ban đầu. Một gói tin có thể chứa đựng các yêu cầu phục vụ, các thông tin điều khiển và dữ liệu.

Trên quan điểm mô hình mạng phân tầng tầng mỗi tầng chỉ thực hiện một chức năng là nhận dữ liệu từ tầng bên trên để chuyển giao xuống cho tầng bên dưới và ngược lại. Chức năng này thực chất là gắn thêm và gỡ bỏ phần đầu (header) đối với các gói tin trước khi chuyển nó đi. Nói cách khác, từng gói tin bao gồm phần đầu (header) và phần dữ liệu. Khi đi đến một tầng mới gói tin sẽ được đóng thêm một phần đầu đề khác và được xem như là gói tin của tầng mới, công việc trên tiếp diễn cho tới khi gói tin được truyền lên đường dây mạng để đến bên nhận.

Tại bên thu các gói tin được gỡ bỏ phần đầu trên từng tầng tướng ứng và đây cũng là nguyên lý của bất cứ mô hình phân tầng nào.

- Tầng ứng dụng (application layer- tầng 7): Tầng này qui định các ứng dụng thực tế, đưa ra các thủ tục cho việc xử lý số liệu của bản thân người sử dụng như cách thức xử lý từ, soạn văn bản, bảng biểu, thư tín.... tầng 7 đưa ra các giao thức HTTP, FTP, SMTP, POP3. Tầng này cũng qui định những thủ tục cho người sử dụng có thể truy nhập được vào môi trường. Tầng ứng dụng là tầng duy nhất không phải phục vụ tầng trên.

- Tầng trình bày (presentation layer- tầng 6): Tầng trình bày chuyển đổi các thông tin từ cú pháp người sử dụng sang cú pháp để truyền dữ liệu đảm bảo thông thông tin mà tầng ứng dụng của một hệ thống đầu cuối gửi đi tầng ứng dụng của một hệ thống khác có thể đọc được. Nói cách khác tầng này mô tả các phương pháp trình bày dữ liệu như mó húa, giải mã, nén dữ liệu....Thí dụ mã ASCII 8 bit dựng cho màn hình là một qui định thuộc tầng 6 này. Các chuẩn định dạng dữ liệu của tầng 6 là GIF, JPEG, PICT, MP3, MPEG...

- Tầng giao dịch (session layer - tầng 5): Cung cấp phương tiện quản lý truyền thụng giữa các ứng dụng. Giao thức của tầng này qui định các thủ tục thiết lập cuộc đối thoại giữa hai bên, có trách nhiệm thiết lập, duy trỡ, đồng bộ hóa và kết thúc cuộc đối thoại. Nó xác lập ánh xạ giữa các tên đặt địa chỉ, tạo ra các tiếp xúc ban đầu giữa các máy tính khác nhau trên cơ sở các giao dịch truyền thông. Nó đặt tên nhất quán cho mọi thành phần muốn đối thoại riêng với nhau. Các giao thức trong tầng 5 sử dụng là NFS, X- Window System, ASP.

- Tầng vận chuyển (Transport layer - tầng 4): Qui định các chức năng truyền dữ liệu giữa hai đầu mút (end - to - end) như tốc độ truyền, xếp thứ tự các thông tin, tổ chức sự tái tạo bản tin (kiểm tra lỗi, phục hồi các từ bị mất trong quá trỡnh liờn lạc...). Giao thức trong tầng này cũng cú thể thực hiện việc ghép kênh (multiplexer), tách/hợp dữ liệu khi cần thiết. Các giao thức phổ biến tại đây là TCP, UDP, SPX.

- Tầng mạng (Network layer - tầng 3): Qui định các chức năng mạng như chọn đường, gán địa chỉ, chuyển tiếp thông tin, thực hiện việc kiểm soát luồng dữ liệu, tách/hợp dữ liệu khi cần thiết. Giao thức trong tầng này điều khiển việc truyền thông qua các mạng trong hệ thống với công nghệ chuyển mạch thích hợp. Tầng 3 là tầng có liên quan đến các địa chỉ logic trong mạng. Các giao thức hay sử dụng ở đây là IP, RIP, IPX, OSPF, AppleTalk.

- Tầng liên kết dữ liệu (Data link layer - tầng 2): Cung cấp phương tiện để truyền thông tin qua liên kết vật lý bảo đảm độ tin cậy. Tầng này qui định các chức năng của kênh số liệu trên một đường truyền giữa hai điểm của hệ thống ví dụ những qui định về sự đồng bộ hóa, đặc tính của khung dữ liệu, đánh số khung, topo mạng, truy nhập mạng, kiểm tra lỗi, kiểm tra luồng dữ liệu trong quá trình liên lạc. Tầng 2 có liên quan đến địa chỉ vật lý của các thiết bị mạng.

- Tầng vật lý (Physical layer - tầng 1): Qui định về các tính chất vật lý của hệ thống. Tầng vật lý liên quan đến nhiệm vụ truyền dòng bit không cấu trúc qua đường truyền vật lý, ngoài ra nó cung cấp các chuẩn về điện, dây cáp, đầu nối, kỹ thuật nối mạch điện, điện áp, tốc độ cáp truyền dẫn, giao diện nối kết và các mức nối kết.

1.5. Sự suy giảm và biến dạng của tín hiệu

1.5.1. Sự suy giảm

Sự suy giảm của tín hiệu là sự giảm đi về mặt biên độ của tín hiệu trong quá trình truyền dẫn.Thông thường mức độ suy giảm cho phép được quy định trên chiều dài cáp dẫn để đảm bảo rằng hệ thống nhận có thể phát hiện và dịch được tín hiệu ở máy thu. Nếu trường hợp cáp quá dài thì có một hay nhiều bộ khuếch đại (hay còn gọi là repeater) được chèn vào từng khoảng dọc theo cáp nhằm tiếp nhận và tái sinh tín hiệu.

Sự suy giảm tín hiệu gia tăng theo một hàm của tần số, trong khi đó tín hiệu lại bao gồm một dải tần vì vậy tín hiệu sẽ bị biến dạng do các thành phần suy giảm không bằng nhau. Để khắc phục vấn đề này, các bộ khuếch đại được thiết kế sao cho khuếch đại các tín hiệu có tần số khác nhau với hệ số khuếch đại khác nhau. Ngoài ra còn có thiết bị cân chỉnh gọi là equalizer được dùng để cân bằng sự suy giảm xuyên qua một băng tần được xác định.

Sự suy giảm và sự khuếch đại (độ lợi) được đánh giá và đo lường bằng đơn vị decibels (dB). Nếu gọi mức năng lượng của tín hiệu được truyền là P1 và mức năng lượng nhận là P2 thì:

Sự suy giảm =10 log 10 P1/P2 (dB) (1.1)

Sự khuếch đại =10 log 10 P1/P2 (dB) (1.2)

Vì cả P1 và P2 có cùng đơn vị là walls nên decibels là không thứ nguyên và đơn giản là đo lường độ lớn giữa hai mức năng lượng.

Ví dụ 1.1:

Một kênh truyền giữa hai DTE được thiết lập từ 3 phần. Phần thứ nhất có độ suy giảm 16dB, phần thứ 2 khuếch đại 20dB và phần thứ 3 suy giảm 10dB. Giả sử mức năng lượng có ý nghĩa được truyền là 400mW. Xác định mức năng lượng ở đầu ra của kênh?

Giải:

Ta có :

Phần 1: 16 =10 log 10 400/ P2 => P2 = 10,0475 mW.

Phần 2: 20 = 10 log 10 P2/10,0475 => P2=1004,75mW.

Phần 3: 10 = 10 log10 1004,75/ P2 => P2=100,475mW.

Vậy mức năng lượng ở đầu ra của kênh là 100,475mW Hoặc: Tổng suy giảm =(16-20) + 10 = 6dB.

Do đó: 6 = 10 log 10 400/ P2 => P2=100,475mW.

Chú ý: Sự suy hao là tất yếu khi tín hiệu truyền trên đường truyền vật lý. Giá trị suy hao phụ thuộc vào tần số tín hiệu trên kênh truyền (băng thông), nên cần lựa chọn điều chỉnh để băng thông tín hiệu rơi vào trong băng thông kênh truyền, giảm suy hao xuống mức nhỏ nhất. Suy hao mối hàn trong thực tế cũng khá lớn.

Để khắc phục những ảnh hưởng chất lượng do suy hao gây ra, người ta cần tính toán độ dự trữ và bổ sung các trạm lặp hợp lý để bù công suất và chỉnh sửa tín hiệu.

Với các kênh vô tuyến, sự suy hao công suất là rất phức tạp phụ thuộc vào khoảng cách, áp suất không khí, độ ẩm môi trường... Khi tính toán mức độ suy hao cần tra bảng số liệu theo từng khu vực.

Khi truyền thông tin nhị phân qua kênh có băng thông giới hạn ví dụ như qua mạng điện thoại công cộng PSTN, chúng ta có thể dùng nhiều hơn hai trạng thái tín hiệu. Điều này có nghĩa là mỗi trạng thái tín hiệu có thể đại diện cho nhiều ký số nhị phân. Tổng quát, nếu số trạng thái tín hiệu là M thì số bit trên một phần tử tín hiệu là m, và quan hệ giữa chúng được biểu diễn thông qua biểu thức:

m =log 2 M (1.3)

Ví dụ 1.2:

Nếu có 4 trạng thái tín hiệu được dùng để truyền mỗi trạng thái có thể được dùng để truyền cho 2 digit nhị phân.

Tốc độ thay đổi trạng thái của tín hiệu được xem như là tốc độ phát tín R (signaling rate) và được đo lường bằng đơn vị baud. Nó liên quan tới tốc độ truyền bit số liệu Rs qua đẳng thức:

R = R s log 2 M (1.4)

1.5.2. Sự giới hạn băng thông của kênh truyền

Băng thông của kênh truyền (Wc) là dải tần số mà kênh cho phép tín hiệu đi qua. Bất kỳ một kênh hay đường truyền nào: cáp xoắn, cáp đồng trục, radio... đều có một băng thông xác định liên hệ với nó, băng thông chỉ ra các thành phần tần số nào sẽ được truyền qua kênh mà không bị suy giảm. Do đó khi truyền dữ liệu qua một kênh cần phải đánh giá ảnh hưởng của băng thông của kênh đối với tín hiệu số liệu được truyền.

Mọi tín hiệu (tuần hoàn hay không tuần hoàn) đều có thể biểu diễn dưới dạng tổng (hữu hạn hay vô hạn) của các tín hiệu điều hòa hình sin. Thông thường phải dùng phương pháp toán học để đánh giá, công cụ thường dùng nhất là phương pháp phân tích Fourior. Phân tích Fourior cho rằng bất kỳ tín hiệu tuần hoàn nào đều được hình thành từ một dãy xác định các thành phần tần số riêng biệt. Chu kỳ của tín hiệu xác định thành phần tần số cơ bản, các thành phần tần số khác có tần số là bội số của tần số cơ bản gọi là các hài bậc cao (harmonacs) của tần số cơ bản. Biểu diễn toán học của dạng sóng tuần hoàn theo Fourier như sau:



V(t) = a n + n cos 0t

n1



+ bnsin n0t

n1

(1.5)

Trong đó:

V(t) là tín hiệu điện áp, là hàm số theo thời gian t

0

T = 2 /0

là tần số cơ bản đơn vị là radian/s.

là chu kỳ của dạng sóng tính bằng giây.

a 0 , a n và b n là các hệ số Fourier được xác định từ ba tích phân sau:

a 0 = 1/T V (t)dt ; a n = 2/T

V (t) cos(n0t)dt ; b n = 2/T

V (t) sin(n0t)dt

Từ tích phân đầu tiên có thể suy ra a 0 chính là thành phần một chiều DC trong tín hiệu.

Trong hệ thống số liệu, các tín hiệu truyền là các bit nhị phân tuần tự kế tiếp

nhau. Trong thực tế sự xuất hiện các bit 0 và 1 là ngẫu nhiên. Để phân tích ta sẽ chọn trường hợp xấu nhất. Dễ dàng nhận thấy chuỗi bit có tuần tự 10101010 là dãy tín hiệu có chu ky ngắn nhất, chính vì thế sẽ có thành phần tần số cơ bản lớn nhất. Đây được xem là trường hợp xấu nhất và sẽ dùng để phân tích băng thông.