Bài giảng Kỹ thuật truyền số liệu - Chương 1: Khái quát về hệ thống thông tin - Nguyễn Thị Quỳnh Hoa

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật truyền số liệu - Chương 1: Khái quát về hệ thống thông tin - Nguyễn Thị Quỳnh Hoa

1. N.T.Q.Hoa hoantq@hnue.edu.vn
2. 1.Tên học phần: Truyền số liệu 2.Số đơn vị học trình: 3.Mục tiêu học phần: Học phần cung cấp các kiến thức cơ sở về kỹ thuật truyền dữ liệu,cơ sở cho mạng truyền tin nói chung và mạng máy tính nói riêng. 4.Mô tả vắn tắt nội dung học phần: Học phần Truyền dữ liệu: cung cấp nguyên lý truyền tín hiệu,truyền dữ liệu,công nghệ mạng. 5.Nhiệm vụ của sinh viên: Dự lớp theo quy chế.
3. Tài liệu học tập: [1] William Stallings.Data and Computer Communications.Printice Hall,1999. [2] Nguyễn Thúc Hải.Mạng máy tính và hệ thống mở.NXB GDHN 1999. [3] Nguyễn Gia Hiểu.Mạng máy tính.NXB Thống kê,Hà Nội 1999. [4] Thái Hồng Nhị và Phạm Minh Việt.Kỹ thuật truyền tin số và truyền dữ liệu.NXB GDHN 2005 [5] Nguyễn Hồng Sơn.Kỹ thuật truyền dữ liệu.NXB Lao Động-Xã Hội,HN 2002
4. CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN
5. Hệ thống thông tin • Phân loại : – Theo cơ sở năng lượng mang tin – Theo biểu hiện bên ngoài – Theo đặc điểm của tín hiệu đưa vào kênh truyền
6. Sơ đồ khối chức năng của một hệ thống thông tin tổng quát
7. Các tác vụ truyền thông • Sử dụng hệ thống truyền • Ghép nối • Phát sinh tín hiệu • Đồng bộ hóa • Quản lý trao đổi • Phát hiện và sửa lỗi • Điều khiển luồng • Đánh địa chỉ và định tuyến • Phục hồi • Định dạng thông điệp • Bảo mật • Quản trị mạng
8. Phân loại theo cấu hình mạng Dạng Bus: • Tất cả các thiết bị nối với nhau bằng một đường chung • Nhược điểm: Nếu một đường truyền bị đứt thì toàn bộ mạng không làm việc
9. tt Dạng sao (Star): • Tất cả các trạm nối về một trung tâm chuyển mạch chung gọi là HUB. Trong trường hợp cáp hỏng thì chỉ riêng một trạm không hoạt động • Nhược điểm: Nếu trung tâm chuyển mạch hỏng thì toàn bộ mạng hỏng
10. tt Dạng vòng (Ring): • Các trạm nối với nhau thành một vòng tròn khép kín. Thông tin truyền trong mạng đi theo một hướng đi qua tất cả các thiết bị. • Đầu phát của trạm này sẽ là đầu thu của trạm tiếp theo • Trong trường hợp cáp đứt hoặc một thiết bị hỏng, toàn bộ mạng sẽ ngừng làm việc
11. Nghi thức (protocol) • Vấn đề: Hai máy tính khác nhau muốn truyền dữ liệu.Làm thế nào đề hai máy tính có thể truyền dữ liệu • Nghi thức: Các quy định cách thức để hai máy tính có thể truyền dữ liệu cho nhau gọi là nghi thức(giao thức)
12. Các thành phần của nghi thức • Ngữ pháp (syntax) .Định dạng dữ liệu • Ngữ nghĩa (semantics) .Thông tin điều khiển • Thời gian (timing) .Đồng bộ .Trình tự Bộ môn kỹ thuật máy tính-Trường 12 ĐHSPHN
13. Nghi thức(tt) • Nghi thức: là các quy định để giao tiếp giữa các thực thể (entity) trong một hệ thống Thực thể: có khả năng gửi và nhận thông tin .Chương trình ứng dụng .Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu .Thiết bị đầu cuối (terminal) Hệ thống: tập các đối tượng chứa một hoặc nhiều thực thể .Máy tính .Thiết bị đầu cuối .Cảm biến
14. Kiến trúc nghi thức • Chia một tác vụ lớn thành nhiều tác vụ nhỏ • Các tác vụ được thực hiện riêng lẻ • Cách chia thành các tác vụ nhỏ,vai trò của chúng,cách kết nối giữa các tác vụ gọi là kiến trúc nghi thức
15. Nghi thức TCP/IP (tt) • Lớp vật lý (physical):giao tiếp vật lý giữa các thiết bị truyền,môi trường truyền. • Lớp network: trao đổi thông tin máy tính với mạng. • Lớp IP: giap tiếp giữa các mạng khác nhau. • Lớp TCP: đảm bào dữ liệu truyền tin giữa hai máy tính • Lớp ứng dụng: các ứng dụng Bộ môn kỹ thuật máy tính-Trường 15 ĐHSPHN
16. Tiêu chuẩn (standard) • Cần thiết để giao tiếp giữa các thiết bị khác nhau, của các nhà sản xuất khác nhau • Ưu điểm: .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 công nghệ. Bộ môn kỹ thuật máy tính-Trường 16 ĐHSPHN
17. Ứng dụng truyền số liệu • Ứng dụng dữ liệu • Ứng dụng âm thanh • Ứng dụng hình ảnh • Ứng dụng thời gian thực
18. Giới thiệu về mạng thông tin Mạng thông tin là sự kết nối giữa các máy tính với nhau nhằm mục đích trao đổi dữ liệu. Các dữ liệu trao đổi là tất cả những gì người sử dụng yêu cầu như: • Thoại (voice) • Hình ảnh (video) • Văn bản (text)
19. Dữ liệu,tín hiệu và truyền dẫn
20. Những khái niệm cơ bản về tín hiệu Tin tức, dữ liệu và tín hiệu • Dữ liệu: bao gồm các sự kiện, khái niệm hay các chỉ thị được diễn tả dưới một hình thức thích hợp cho viêc truyền thông tin thông dịch hay xử lý bởi con người hay máy móc • Tin tức: ý nghĩa mà con người quy cho dữ liệu theo các quy ước cụ thể. Tin tức có thể biểu thị bởi tiếng nói, hình ảnh các văn bản, tập hợp các con số, các ký hiệu thông qua nó con người có thể hiểu nhau. Trong hệ thống truyền thông thường người ta không phân biệt dữ liệu và tinh tức. • Tín hiệu: là tin tức, dữ liệu đã được chuyển đổi xử lý (bởi các bộ phận mã hóa hoặc chuyển đổi) cho phù hợp với môi trường truyền thông.
21. Tín hiệu tương tự • Tín hiệu có mức biên độ thay đổi liên tục theo thời gian. • Đặc trưng bởi hai thông số • + Biên độ của tín hiệu • + Độ rộng băng tần • VD: Tín hiệu tiếng nói có băng tần khoảng 20 20000Hz. Tín hiệu thoại sau khi đã loại bỏ tần số thấp và cao chỉ còn 300400 Hz. Đối với truyền hình tín hiệu video hệ PAL 6.5 MHz
22. Tín hiệu tương tự (tt)
23. Tín hiệu số • Tín hiệu có mức biên độ biến đổi rời rạc theo thời gian • Thông số đặc trưng • + Số mức tín hiệu truyền đi • + Tốc độ bit (baud) chỉ ra số lượng thông tin mà tín hiệu mang.
24. Tín hiệu số (tt)
25. Ví dụ Tín hiệu 4 mức mỗi mức tín hiệu tương ứng với Tín hiệu 2 mức, một mức hai bít, Baud là thời gian tương đương với 1 bit, đơn truyền 1 mức tín hiệu . vị tốc độ bit vb=1/tb (b/s) +2V=00 0V=bit 0 +4V=11 5V=bit 1 -2V=01 -4V=10
26. Sự sai khác tín hiệu • Tín hiệu nhận được khác với tín hiệu truyền • Ảnh hưởng : – Truyền dẫn số : lỗi trên bit – Truyền dẫn tương tự : Suy giảm chất lượng tín hiệu • Nguyên nhân : – Sự suy giảm tín hiệu (attenuation) – Méo trễ lan truyền (delay distortion) – Nhiễu (noise)
27. Các tham số ảnh hưởng đến việc truyền tín hiệu số trong mạng thông tin a/ Nhiễu: • Là các tín hiệu ngoài ý muốn xuất hiện trong hệ thống hoặc trên đường truyền. Dưới ảnh hưởng của nhiễu, tín hiệu có thể bị biến dạng hoặc lỗi • Các loại nhiễu: • + Nhiễu xuyên âm (crosstalk) • + Nhiễu xung (impulse noise) • + Nhiễu nhiệt (thermal noise) • + Nhiễu điều chế (intermodulation noise)
28. Nhiễu • Nhiễu xuyên kênh : – Tín hiệu từ đường truyền này ảnh hưởng sang đường truyền khác – Thường cùng độ lớn (hoặc nhỏ hơn nhiễu nhiệt) • Nhiễu điều chế : – Xảy ra khi nhiều tần số khác nhau dùng chung môi trường truyền – Sinh ra tín hiệu tần số là tổng hoặc hiệu, hoặc tích tần số của các tín hiệu ban đầu – Do tính phi tuyến của môi trường truyền và thiết bị thu phát.
29. tt b/ Cường độ tín hiệu: • Cường độ tín hiệu thường được biểu diễn bởi công suất hoặc điện áp trên tổng trở tải của nó. c/ Tỷ số cường độ hai tín hiệu • Dùng để mô tả độ lợi hoặc độ suy giảm của hệ thống d/ Băng thông • Băng thông của tín hiệu là dải tần số trong đó chứa hầu hết công suất của tín hiệu B=fmax-fmin.
30. tt e/ Tỷ số tín hiệu SNR (Signal to Noise Ratio) • Tỷ số công suất tín hiệu có ích trên công suất tín hiệu nhiễu thường tính bằng (dB). • Vd: Tín hiệu có công suất là 2dBm • Mức nhiễu là -22dBm • SNR=2dBm-(-22dBm)=24dBm g/ Tỷ lệ lỗi bit (BER-Bit Error Ratio) • Ví dụ: Với điện thoại BER <10-e3. Tuy nhiên đối với thông tin truyền số liệu BER < 10-e5 • BER=tổng số bít lỗi/tổng số bít truyền
31. tt h/ Các loại trễ • Trễ méo: Do tín hiệu truyền bao gồm nhiều thành phần tần số khác nhau nên khi truyền đi trên đường truyền chúng cũng trễ khác nhau, khi đến bên thu gây ra sự giao thoa của tần số
32. tt • Trễ mã hóa dữ liệu (trễ mã hóa nguồn): Loại trễ này thường có khi tín hiệu được biến đổi từ dạng này sang dạng khác ví dụ từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số hoặc ngược lại. • Trễ đóng gói: Phụ thuộc vào loại thông tin được đóng gói để truyền đi là dòng thoại hay số liệu và thứ hai là tốc độ xử lý dữ liệu ở máy tính • Trễ do đồng bộ và tốc độ phát dữ liệu từ máy tính vào mạng: Thời gian trễ này được tính: ttrễ=tổng số bit truyền/tốc độ phát • Trễ truyền dẫn: Đây là loại trễ không thể tránh khỏi trong truyền thông tin. Phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai điểm và tốc độ truyền lan của tín hiệu. ttrễ=khoảng cách /tốc độ truyền lan
33. Bài tập • Trạm A có 10 gói tin truyền cho B • Trạm B có 12 gói tin truyền cho A • Một gói có dung lượng là 300 Byte, biết Vphát=33600b/s (tốc độ phát dữ liệu của máy tính). • Trễ xử lý khi thu phát 1 gói là: Txl=2ms. • Tính tổng thời gian truyền để A, B trao đổi xong dữ liệu
34. Sơ đồ trao đổi thông tin của A-B
35. Các phương thức liên lạc • Đơn công: – Nghĩa là dữ liệu chỉ truyền đi theo một hướng.Ví dụ : Sử dụng trong phát thanh, truyền hình • Bán song công : – Dữ liệu có thể truyền đi theo hai hướng nhưng tại một thời điểm nó chỉ được truyền đi theo một hướng. Ví dụ: Bộ đàm • Song công : – Dữ liệu có thể truyền đi theo hai hướng đồng thời
36. Các hình thức truyền • Song song (Parallel) – Truyền nhiều bit một lúc – Mỗi bit dùng một đường truyền riêng – Một kênh truyền riêng dùng để thông báo cho bên nhận biết khi nào có dữ liệu (clock signal) – Có thể có thêm kênh truyền bên nhận sẵn sàng nhận dữ liệu mới – Thường chỉ để truyền dữ liệu khoảng cách ngắn
37. Các hình thức truyền (tt) • Tuần tự (serial) – Tất cả các bit đều được truyền trên cùng một đường truyền – Không cần đường truyền riêng cho tín hiệu đồng bộ – Có 2 cách truyền • Bất đồng bộ • Đồng bộ
38. Truyền BĐB • Thời gian giữa các khối dữ liệu không ấn định • Thường được truyền theo ký tự (5-8 bit) • Chỉ cần giữ đồng bộ cho một ký tự • Tái đồng bộ cho mỗi ký tự mới.
39. Truyền BĐB (tt)
40. Truyền ĐB
41. Cấu trúc đồng bộ khung
42. Bài tập • Ví dụ: Tính số lượng thông tin cần truyền 100.000 byte theo phương pháp truyền đồng bộ và dị bộ. Nếu truyền đồng bộ có: sync=2 byte, DATA=200byte, SF=2byte, EF=2byte
43. Có 1 Message có kích thước 1Mb cần truyền từ A đến B qua 5 hops (cổng chặng).Liên kết các hops có độ dài như nhau và bằng 25 km.Tốc độ phát dữ liệu là 100kb/s Tính thời gian để Message nhận được hết ở B a) Nếu thiết bị nối trung gian là Repeater b) Nếu thiết bị nối trung gian là Router c) Nếu thiết bị nối trung gian là Repeater và gói dữ liệu ban đầu được chia làm 10 gói d) Nếu thiết bị nối trung gian là Router và gói dữ liệu ban đầu được chia làm 10 gói e) Giả sử mỗi gói được đóng gói với thông tin điều khiển là 50 bit.Tính lại câu d.