Chương Tầng vật lý Đọc trước: Chapter 2 – The Physical Layer , Computer Networks, Tanenbaum 1 Tổng quan • Đảm nhận việc truyền dòng bit • đặt dòng bit từ máy trạm lên đường truyền • lấy dòng bit từ đường truyền vào máy trạm • Một số vấn đề • Phương tiện truyền • Mã hóa - Điều chế • Dồn kênh… 2 Từ tín hiệu tới gói tin Analog Signal “Digital” Signal Bit Stream 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0100010101011100101010101011101110000001111010101110101010101101011010111001 Packets Header/Body Header/Body Header/Body Packet Transmission Sender Receiver 3 Đường truyền • Hữu tuyến • Twisted Pair • Coaxial Cable • Fiber Optics • Vô tuyến, không dây • Radio • Hồng ngoại • Ánh sáng •… 4 Cáp xoắn đôi Twisted Pair (a) Category 3 UTP. 5 Cáp xoắn đôi • Cấu tạo: Gồm nhiều cặp dây đồng xoắn với nhau. • Có 2 loại: • Có bọc kim chống nhiễu (STP- Shielded Twisted Pair): ít phổ biến • Không bọc kim chống nhiễu (UTP- Unshielded Twisted Pair): phổ biến 6 Cáp xoắn đôi- Đánh giá •Đơn gIản •Khoảng cách hạn chế •Rẻ tiền 100m khi triển khai mạng Ethernet •Được dùng rộng rãi •Giải thông hạn chế •Khả năng chống nhiễu kém (x1MHz) (STP chống nhiễu tốt hơn UTP) •Tốc độ hạn chế (100MHz) •Khoảng cách nhỏ 7 Cáp đồng trục Coaxial Cable Category Impedance Use RG--59 RG 75 W Cable TV RG--58 RG 50 W Thin Ethernet RG--11 RG 50 W Thick Ethernet 8 Cáp đồng trục • Cấu tạo: oLõi dẫn điện được bọc bởi một lớp điện môi không dẫn điện oQuấn thêm một lớp bện kim loại oNgoài cùng có vỏ bọc cách điện 9 Ứng dụng • Truyền bá TV • Truyền các cuộc gọi điện thoại đường dài • 10,000 cuộc gọi cùng lúc • Đang bị thay thế bởi cáp quang • Liên kết các máy tính khoảng cách ngắn • Mạng cục bộ 10BaseT, 100BaseT, … • Khoảng cách triển khai thực tế ~500m. 10 Cáp sợi quang Optical fiber (a) Một sợi cáp (b) Một đường cáp với 3 lõi 11 Cáp quang 12 Cáp sợi quang • Cấu tạo • Core: lớp lõi là sợi thủy tinh hoặc sợi platstic để truyền tín hiệu ánh sáng • Cladding: Vật chất quang bên ngoài bao bọc lõi mà phản xạ ánh sáng trở lại vào lõi.
• Jacket: vỏ bọc bên ngoài • Các sợi quang có thẻ được bó với nhau trong một đường cáp quang, có thêm sợi dây gia cường làm cứng cáp 13 Cáp sợi quang 14 Cáp sợi quang • Multimode stepped index (chiết suất liên tục): • nhiều tia sáng đi theo nhiều đường • tại điểm đến sẽ nhận các chùm tia riêng lẻ, • xung dễ bị méo dạng. • Multimode graded index (chiết suất bước): • Chỉ số khúc xạ của lõi giảm dần từ trong ra ngoài cladding. • Các tia gần trục truyền chậm hơn các tia gần cladding. Các tia truyền theo đường cong.
• xung ít bị méo dạng. 15 Cáp sợi quang • Single mode: • hệ số khúc xạ thay đổi từ lõi ra cladding ít hơn multimode. • Các tia truyền theo phương song song trục. • Xung nhận được hội tụ tốt, ít méo dạng.
16 Ứng dụng • Đường truyền khoảng • Thông lượng cao hơn cách xa • Nhỏ, nhẹ hơn • Đường truyền trong • Suy hao ít hơn thành phố • Cách ly điện từ tốt • Đường truyền giữa các router của Cty viễn • Khoảng cách phải lặp thông tín hiệu lớn hơn (10km) • Xương sống của LAN 17 Phương tiện truyền không dây • Truyền thông tin trên các dải tần khác nhau của sóng điện từ • Không sử dụng dây nối • Broadcast, bán song công: tại một thời điểm chỉ hoặc gửi hoặc nhận • Ảnh hưởng của môi trường gây ra các hiện tượng: Phản xạ Nhiễu/giao thoa Tán xạ do vật cản 18 Một vài khái niệm • Sóng radio: • Bước sóng: 1mm – 100.000km • Tần số: 3 Hz – 300 GHz • VD: Bluetooth, WIFI • Sóng vi ba (microwave): • Bước sóng: 1mm-1 m • tần số: 300 MHz-300 GHz • Vi ba mặt đất: Kết nối nội thị, hệ thống điện thoại di động • Vi ba vệ tinh: TV, điện thoại đường dài • Hồng ngoại: • Bước sóng 700 nm- 1 mm • Tần số: 300 GHz-430 THz • Phạm vi nhỏ, không xuyên tường • VD: sóng dùng cho các bộ điều khiển từ xa • Free Space Optics • Bước sóng dùng phổ biến: 850nm, 1300nm, 1550 nm. 19 Dải tần của các kênh truyền thông 20 Phương thức truyền • Đơn công – Simplex: Dữ liệu chỉ được truyền theo 1 chiều • Song công – (Full) Duplex: Dữ liệu có thể được truyền theo cả 2 chiều tại cùng 1 thời điểm • Bán song công – Half duplex: Dữ liệu có thể truyền theo cả 2 chiều nhưng tại 1 thời điểm thì chỉ có thể truyền theo 1 chiều 21 Hình thức truyền • Truyền nối tiếp: Truyền 1 bit tại 1 thời điểm (trên 1 dây dẫn) • Truyền song song: Truyền đồng thời nhiều bit tại cùng 1 thời điểm (trên nhiều dây dẫn) 1 1010 0 A B A B 1 0 22 Topology • Điểm điểm • Hình sao • Vòng • Đồ thị • Điểm nhiều điểm • Trục • Vòng • Vệ tinh 23 Điểm-điểm 1 2 3 4 5 N-2 N-1 N 24 Điểm-điểm oMột đường truyền chỉ kết nối 2 thiết bị o Kết nối giữa 2 thiết bị: o 1 đường truyền (bán song công) hoặc o 2 đường truyền (song công) o Trường hợp bán song công có thể có xung đột xẩy ra khi 2 thiết bị trên một kết nối cùng truyền dữ liệu 25 Điểm-nhiều điểm 26 Điểm-nhiều điểm • Đặc trưng chung của topo điểm – nhiều điểm là một đường truyền duy nhất kết nối nhiều thiết bị đầu cuối với nhau • Dữ liệu được quảng bá (broadcast) • Xung đột khi khi haI trạm cùng phát tín hiệu Hai tín hiệu ngược chiều nhau gặp nhau trên đường truyền • Cần có các phương pháp điều khiển đa truy cập (multiple access) sẽ xem ở tầng Liên kết dữ liệu. 27 Giao diện đường truyền • Thiết bị đầu cuối dữ liệu (data terminal equipment, DTE) • Không có các tính năng truyền thông • Cần có các thiết bị bổ sung để truy cập đường truyền • Thiết bị cuối kênh dữ liệu (data circuit terminating equipment, DCE) • Truyền các bít trên đường truyền • Trao đổi dữ liệu và các thông tin điều khiển với DCE qua các dây nối • Cần các giao diện chuẩn, rõ ràng giữa DTE, DCE 28 DTE-DCE 29 Giao diện đường truyền • Cơ • Hình dạng giắc cắm, số lượng chân, đảm bảo cắm được lẫn nhau • Điện • Mức điện áp sử dụng • Chiều dài xung (tần số xung nhịp) • Phương pháp mã hóa • Chức năng • Dây dẫn nào dùng làm gì • Có 4 nhóm: dữ liệu, điều khiển, đồng bộ, nối đất • Thủ tục • Các thủ tục, chuỗi các sự kiện để thực hiện việc truyền tin 30 Ví dụ: EIA-232-E (RS-232) • Chuẩn định nghĩa cho cổng nối tiếp • Cơ: ISO 2110 • Điện: V.24 /EIA-232-E • Cơ: • 25 chân hoặc 15 chân • Khoảng cách 15m • Điện • Tín hiệu số • 1=-3v, 0=+3v (NRZ-L) • Tốc độ truyền tin 20kbps • Khoảng cách < 15m 32 Mã hóa thông tin • Biến đổi bít nhị phân thành dạng tín hiệu vật lý thích hợp để truyền trên đường truyền vật lý. • Mã hóa: Sử dụng các tín hiệu rời rạc, điện áp khác nhau để biểu diễn các bít 0 và 1.
• Điều chế: Sử dụng tín hiệu tương tự (sóng) để biểu diễn các bit 0,1. • Việc truyền phải được đồng bộ giữa hai bên • Có thể mã hóa theo từng bit hoặc một khối các bit, e. • Có nhiều cách biểu diễn khác nhau các phương pháp mã hóa 33 Các phương pháp mã hóa dữ liệu số - tín hiệu số • NRZ • Hai pha • NRZ-L,NRZI • Manchester • Nhị phân đa mức • Đa cực AMI • pseudoternary 10/11/2021 34 NRZ-L Non Return to Zero Level • Trong thời gian của một bít, tín hiệu không trở về mức 0 • Không có chuyển mức trong khoảng thời gian của một bít • NRZ-L Non return to zero level • Bít 1 tương ứng mức tín hiệu cao/thấp • Bít 0 tương ứng với mức tín hiệu thấp/cao 10/11/2021 35 NRZ-I Non return to zero invert • Bít 0 tương ứng với không chuyển mức ở đầu thời gian bít • Bít 1 tương ứng với chuyển mức ở đầu thời gian bít • Là một phương pháp điều chế vi sai: • 0 và 1 tương ứng với chuyển mức, không phải với mức giá trị • Tin cậy/Đơn giản hơn điều chế theo mức • Không phụ thuộc vào cực của tín hiệu 10/11/2021 36 NRZ-L và NRZ-I 10/11/2021 37 Một số yếu tố cần xem xét để đánh giá một mã • Đồng bộ đồng hồ bên gửi và bên nhận: • Nếu đồng hồ bên gửi và bên nhận không được đồng bộ, bên nhận có thể xác định sau thời gian một bit • giải mã sai tăng tỷ lệ lỗi dữ liệu • Một số mã có yếu tố giúp đồng bộ trong mã • Thành phần một chiều trong tín hiệu: • Thành phần một chiểu xuất hiện khi tín hiệu ở mức dương quá lâu hoặc âm quá lâu • làm cho bên nhận xác định sai mức tín hiệu cơ sở • giải mã sai dữ liệu • Phương pháp mã hóa cần tránh thành phần một chiều bằng cách duy trì giá trị trung bình của tín hiểu ở mức 0. 38 Đánh giá NRZ • Ưu điểm • Đơn giản, sử dụng tối đa đường truyền • Giải tần số tập trung từ 0 đến ½ tốc độ dữ liệu • Vd 9600bps->4800khz • Nhược điểm • Khó đồng bộ bằng tín hiệu • Vd với NRZ-L khi có nhiều 0 hoặc 1 liên tiếp, tín hiệu giữ một mức trong khoảng thời gian dài, dễ mất đồng bộ.
Với NRZ-I, một chuỗi 0 cũng gây ra tình trạng như vậy • Có thành phần một chiều khi truyền toàn 1. • Ứng dụng • Lưu trữ dữ liệu trên các vật liệu từ tính • Ít dùng trong truyền số liệu 10/11/2021 39 Mã nhị phân đa mức • Bipolar alternate mark inversion • Sử dụng nhiều hơn 2 mức tín hiệu cho một bít • Lưỡng cực đảo mức 1 • 0 Tương ứng với không có tín hiệu • 1 tương ứng với có tín hiệu. Tín hiệu đảo cực giữa hai bít 1 liên tiếp • Giả tam phân (pseudoternary) • 1 Tương ứng với không có tín hiệu • 0 tương ứng với có tín hiệu.