CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN SỐ LIỆU Giới thiệu: chương này nhằm mục đích giới thiệu cho sinh viên tổng quan về mạng truyền số liệu, và các vấn đề liên quan đến mạng truyền số liệu. Mục tiêu: sau khi học chương này sinh viên có thể mô tả được khái quát về mạng truyền số liệu, cấu hình đường dây, tôpô mạng, chế độ truyền dẫn, các dạng mạng, mô hình chuẩn OSI, và các chuẩn giao tiếp vật lý sử dụng trong truyền số liệu, hoàn thành bài tập ở cuối chương. Khái quát mạng truyền số liệu Ngày nay với sự phát triển của kỹ thuật và công nghệ đã tạo ra một bước tiến dài trong lĩnh vực truyền số liệu. Sự kết hợp giữa phần cứng, các giao thức truyền thông các thuật toán đã tạo ra các hệ thống truyền số liệu hiện đại, những kỹ thuật cơ sở vẫn được dùng nhưng chúng được xử lý tinh vi hơn.
Về cơ bản một hệ thống truyền số liệu hiện đại mô tả như hình 1. Giao tiếp Giao tiếp DTE - DCE DTE - DCE DTE DCE Kênh truyền tin DCE DTE Hệ thống truyền (nhận) tin Hệ thống nhận (truyền) tin Hình 1. Mô hình mạng truyền số liệu 1. DTE (Data Terminal Equipment - Thiết bị đầu cuối dữ liệu) Đây là thiết bị lưu trữ và xử lý thông tin.
Trong hệ thống truyền số liệu hiện đại thì DTE thường là máy tính hoặc máy Fax hoặc là trạm cuối (terminal). Như vậy tất cả các ứng dụng của người sử dụng (chương trình, dữ liệu) đều nằm trong DTE. Chức năng của DTE thường lưu trữ các phần mềm ứng dụng, đóng gói dữ liệu rồi gửi ra DCE hoặc nhận gói dữ liệu từ DCE theo một giao thức (protocol) xác định. DTE trao đổi với DCE thông qua một chuẩn giao tiếp nào đó.
Như vậy mạng truyền số liệu chính là để nối các DTE lại cho phép chúng ta phân chia tài nguyên, trao đổi dữ liệu và lưu trữ thông tin dùng chung. DCE (Data Circuit Terminal Equipment - Thiết bị đầu cuối kênh dữ liệu ) Đây là thuật ngữ dùng để chỉ các thiết bị dùng để nối các DTE với các đường (mạng) truyền thông nó có thể là một modem, multiplexer, mard mạng,. hoặc một thiết bị số nào đó như một máy tính nào đó trong trường hợp máy tính đó là một nút mạng và DTE được nối với mạng qua nút mạng đó. DCE có thể được cài đặt bên trong DTE hoặc đứng riêng như một thiết bị độc lập.
Trong thiết bị DCE thường có các phần mềm được ghi vào bộ nhớ ROM phần mềm và phần cứng kết hợp với nhau để thực hiện nhiệm vụ của nó vẫn là chuyển đổi tín hiệu biểu diễn dữ liệu của người dùng thành dạng chấp nhận được bởi đường truyền. Giữa 2 thiết bị DTE việc trao đổi dữ liệu phải tuân thủ theo chuẩn, dữ liệu phải gửi theo một Format xác định. Ví dụ như chuẩn trao đổi dữ liệu tầng 2 của mô hình 7 lớp là HDLC (High level Data Link Control). Trong máy Fax thì giao tiếp giữa DTE và DCE đã thiết kế và được tích hợp vào trong một thiết bị, phần mềm điều khiển được cài đặt trong ROM.
Kênh truyền tin Kênh truyền tin là môi trường mà trên đó 2 thiết bị DTE trao đổi dữ liệu với nhau trong phiên làm việc DTE C D E F DTE Cáp đồng Cáp quang trục Modem Transducer Hình 1. Kênh truyền tin Trong môi trường thực này 2 hệ thống được nối với nhau bằng một đoạn cáp đồng trục và một đoạn cáp sợi quang, modem C để chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự để truyền trong cáp đồng trục, modem D lại chuyển tín hiệu đó thành tín hiệu số và qua Tranducer E để chuyển đổi từ tín hiệu điện sang tín hiệu quang để truyền trên cáp sợi quang cuối cùng Tranducer F lại chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện để tới DTE. Cấu hình đường dây Cấu hình đường dây là phương thức để hai hay nhiều thiết bị mắc vào kết nối. Kết nối là đường truyền thông tin vật lý để truyền dữ liệu từ thiết bị này sang thiết bị khác.
Để dễ hiểu, hảy xem đường truyền là đường thẳng kết nối hai điểm. Để có thể tạo thông tin, thì hai thiết bị phải được liên kết theo một cách nào đó với đường truyền. Có hai phương thức có thể là: điểm nối điểm và điểm nối nhiều điểm (như hình 1. Cấu hình đường dây nhằm định nghĩa phương thức kết nối thông tin với nhau: Cấu hình đường dây Điểm nối điểm Đa điểm Hình 1.
Các loại cấu hình đường dây 1. Cấu hình điểm nối điểm (point to point) Cấu hình điểm nối điểm cung cấp kết nối được dành riêng cho hai thiết bị. Toàn dung lượng kênh được dùng cho truyền dẫn giữa hai thiết bị này. Hầu hết cấu hình điểm nối điểm đều dùng dây hay cáp để nối hai điểm, ngoài ra còn có thể có phương thức kế nối qua sóng, ví dụ như vi ba hay vệ tinh (xem hình 1.
Một ví dụ đơn giản là việc dùng bộ remote để điều khiển ti vi, tức là ta đã thiết lập kết nối điểm điểm giữa hai thiết bị dùng đường hồng ngoại. 11 Link Workstation Workstation Link Mainframe Workstation Link Workstation Workstation Hình 1. Cấu hình điểm nối điểm 2. Cấu hình đa điểm (multipoint) Cấu hình điểm nối đa điểm (còn gọi là multipoint hay multidrop) là kết nối nhiều hơn hai thiết bị trên một đường truyền.
Trong môi trường kết nối đa điểm, dung lượng kênh được chia sẻ, theo không gian hay theo thời gian; tức là theo cấu hình phân chia theo không gian hay cấu hình phân chia theo thời gian (xem hình 1. Workstation Workstation Link Mainframe Workstation Hình 1. Cấu hình đa điểm 1. Tôpô mạng Thuật ngữ tôpô mạng nói đến phương thức mạng được bố trí, về mặt luận lý hay vật lý.
Hai hay nhiều thiết bị được gắn với kết nối, hai hay nhiều kết nối tạo ra tôpô. 12 Tôpô của mạng là biểu diễn hình học các mối quan hệ của tất cả kết nối và thiết bị đang kết nối (thường được gọi là các nút) với nhau. Có năm dạng cơ bản là: lưới, sao, cây, bus, và vòng (xem hình 1. Tôpô mạng Lưới Sao Cây Bus Vòng Hình 1.
Phân loại tôpô mạng Tôpô định nghĩa các sắp xếp vật lý hay luận lý của kết nối trong mạng. Năm phương thức vừa nêu mô tả phương cách mà thiết bị trong mạng được kết nối với nhau thay vì sắp xếp vật lý của chúng. Ví dụ, khi nói về phương pháp sao thì không có nghĩa là các thiết bị phải được sắp xếp một cách vật lý chung quanh hub theo hình sao. Khi xem xét lựa chọn tôpô thì phải xem xét thêm về tình trạng tương đối của các thiết bị được kết nối.
Có hai quan hệ có thể là: đồng cấp (peer to peer) trong đó thiết bị chia xẻ đồng quyền kết nối và phương thức sơ cấp-thứ cấp (primary- secondary), trong đó một thiết bị điều khiển giao thông và các thiết bị còn lại phải tuân thủ. Dạng vòng và lưới thường thích hợp với truyền dẫn đồng cấp, còn sao và cây thường thích hợp cho truyền dẫn sơ cấp- thứ cấp. Còn dạng bus thì thích hợp cho cả hai dạng. Lưới (mesh) Trong dạng này, các thiết bị được dành riêng kết nối điểm điểm với nhau từng chiếc một.
Một mạng kết nối đầy đủ sẽ có n(n-1)/2 kênh vật lý nhằm kết nối n thiết bị. Nhằm thực hiện được nhiều kết nối dạng này, thì mỗi thiết bị cần có (n-1) cổng vào/ra (I/O: input/output) như vẽ ở hình 1. Cấu hình lưới có nhiều ưu điểm so với các dạng mạng khác. Thứ nhất, phương thức điểm-điểm cho phép mổi kết nối chỉ truyền dẫn dữ liệu của riêng mình, nên không xuất hiện bài toán lưu thông khi một kết nối phải phục vụ nhiều thiết bị.
Thứ hai, cấu hình lưới rất bền vững. Khi một kết nối bị hỏng thì không thể ành hưởng lên toàn mạng được. 13 Một ưu điểm nữa là tính riêng tư hay vấn đề an ninh. Khi dùng đường truyền riêng biệt thì chỉ có hai thiết bị trong kết nối dùng được thông tin này mà thôi, các thiết bị khác không thể truy cập vào kết nối này được.
Cuối cùng, kết nối điểm - điểm cho phép phát hiện và tách lỗi rất nhanh. Có thể điều khiển lưu thông để tránh các đường truyền nghi ngờ bị hỏng. Nhà quản lý dễ dàng phát hiện chính xác nơi bị hỏng để nhanh chóng tìm ra nguyên nhân và có biện pháp khắc phục. Khuyết điểm lớn nhất của mạng dạng lưới là số lượng dây và nối dây quá lớn do số cổng I/O, do mỗi thiết bị phải được kết nối với nhau, nên chi phí lắp đặt phần cứng sẽ tăng cao.
Do đó, cấu hình lưới chỉ được dùng rất giới hạn, ví dụ như đường trục (backbone) kết nối các máy tính lớn (mainframe) trong một mạng hỗn hợp với nhiều cấu hình khác. Tôpô lưới Ví dụ 1: Công ty A dùng mạng lưới kết nối đủ gồm 8 máy. Tính tổng số cáp phải kết nối cùng số cổng tại mỗi máy. Giải: Công thức n(n-1)/2 cho ta: Số kết nối n(n-1)/2 = 8(8 – 1)/2 = 28 Số cổng cho mỗi thiết bị: (n-1 ) = (8 – 1) = 7 14 2.
Sao (star) Dạng này mỗi thiết bị có kết nối điểm - điểm với một điều khiển trung tâm, gọi là hub. Các thiết bị không trực tiếp kết nối với nhau mà phải qua sự điều khiển của hub (xem hình 1. Tôpô sao Cấu hình sao ít tốn kém hơn so với lưới. Trong dạng sao, mỗi thiết bị chỉ cần một kết nối và chỉ cần một cổng I/O dể kết nối với các thiết bị khác.
Điều này làm cho việc thiết lập dẫ dàng hơn và việc cấu trúc lại mạng cũng đơn giản hơn, ít lắp đặt dây hơn, việc di chuyển, loại bỏ một thiết bị khỏi mạng cũng dễ dàng hơn do chỉ liên quan đến thiết bị và hub. Một ưu điểm nữa là tính bền vững cao. Nếu một kết nối hỏng, chỉ có một kết nối bị ảnh hưởng, các thiết bị khác vẫn hoạt động bình thường. Điều này cho phép quá trình phát hiện lỗi dễ dàng.
Khi hub còn hoạt động, thì nó vẫn có thể được dùng để giám sát bài toán kết nối và loại kết nối hỏng ra khỏi mạng. Tuy nhiên, trong cấu hình này thì mỗi thiết bị vẫn phải có kết nối với hub nên trong mạng này vấn đề nối dây vẫn còn lớn so với một số mạng khác (Ví dụ cây, vòng hay bus). Cây (tree) Đây là biến thể của dạng sao, trong đó các nút của cây được kết nối với hub trung tâm để kiểm soát lưu thông trong mạng. Tuy nhiên, không phải tất cả các thiết bị đều được mắc vào hub trung tâm.