Bài giảng Truyền số liệu - Chương 2: Các khái niệm cơ bản - Nguyễn Việt Hùng

Nội dung text: Bài giảng Truyền số liệu - Chương 2: Các khái niệm cơ bản - Nguyễn Việt Hùng

1. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Ý niệm cơ bản CHƯƠNG 2: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Trước khi khảo sát cách truyền dữ liệu từ thiết bị này đến thiết bị khác, vấn đề quan trọng là ta phải hiểu mối quan hệ giữa các thiết bị truyền dữ liệu. Có năm khái niệm chung để cung cấp về các mối quan hệ cơ bản giữa các thiết bị thông tin. Đó là: • Cấu hình đường dây • Tôpô mạng • Chế độ truyền • Các loại mạng • Các kết nối liên mạng 2.1CẤU HÌNH ĐƯỜNG DÂY + Khái niệm: Cấu hình đường dây là phương thức để hai hay nhiều thiết bị mắc vào kết nối. Kết nối (link) là đường truyền thông tin vật lý để truyền dữ liệu từ thiết bị này sang thiết bị khác, đường thẳng kết nối hai điểm. + Phân loại: Có hai loại cấu hình đường dây: • Cấu hình điểm - điểm • Cấu hình đa điểm Cấu hình đường dây nhằm định nghĩa phương thức kết nối thông tin với nhau. 2.1.1Cấu hình điểm - điểm (point to point): + Đặc điểm: • Cấu hình điểm - 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. • Hầu hết cấu hình điểm -điểm đều dùng dây hay cáp để nối hai điểm (hoặc vô tuyến: vi ba, vệ tinh, hồng ngoại) + Ví dụ: Dùng bộ remote để điều khiển TV, kết nối điểm điểm giữa hai thiết bị dùng đường hồng ngoại. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 5
2. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Ý niệm cơ bản +Ưu điểm: • Không cần giải quyết bài toán lưu thông • Phát hiện và tách lỗi dễ dàng • Đảm tính riêng tư (Bảo mật) +Khuyết điểm: Hiệu qủa sử dụng không cao( Khi tần suất sử dụng thấp) 2.1.2. Cấu hình đa điểm (multipoint): + Đặc điểm: • Cấu hình đa điểm: kết nối có nhiều hơn hai thiết bị trên đường truyền. • Dung lượng kênh được chia sẻ theo thời gian. +Ưu điểm: Hiệu qủa sử dụng cao +Khuyết điểm: • Cần giải quyết bài toán lưu thông • Khó phát hiện và tách lỗi. • Không đảm tính riêng tư (Không bảo mật) Câu hỏi: • Cấu hình đường dây là gì? Phân loại, nêu đặc điểm và ưu khuyết điểm của từng loại. • Cấu hình đường dây là gì? Phân loại, nêu ví dụ. 2.2.TÔPÔ MẠNG (Topology: hình học) + Khái niệm: là biểu diễn hình học các mối quan hệ của tất cả các tuyến (link) và thiết bị đang kết nối (thường được gọi là các nút) tới các thiết bị khác. Thuật ngữ tôpô mạng nói đến phương thức mạng được bố trí về mặt luận lý hoặc vật lý. + Phân loại: Có 5 dạng tôpô cơ bản là: lưới, sao, cây, bus và vòng. Và một dạng Tôpô hỗn hợp. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 6
3. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Ý niệm cơ bản Hình 2.1 Tôpô định nghĩa cách sắp xếp vật lý hoặc luận lý của các kết nối trong mạng. - Tôpô dạng sao, không có nghĩa là các thiết bị phải được sắp xếp vật lý xung quanh hub theo hình sao. - Khi xem xét lựa chọn dạng tôpô thì phải xem xét thêm về cấp bậc liên quan của các thiết bị được kết nối. Có hai quan hệ có thể là: • Đồng cấp (peer to peer): thiết bị chia sẻ kết nối ngang hàng với nhau • Sơ cấp-thứ cấp (primary-secondary): một thiết bị điều khiển lưu thông và các thiết bị còn lại phải truyền qua nó. - Tôpô vòng và lưới thường thích hợp với truyền dẫn đồng cấp. - Tôpô sao và cây thường thích hợp cho truyền dẫn sơ cấp- thứ cấp. - Tôpô bus thích hợp cho cả hai dạng: đồng cấp và sơ cấp- thứ cấp. - Câu hỏi: Tôpô mạng là gì? Phân loại và nêu phạm vi sử dụng mỗi loại. 2.2.1.LƯỚI (Mesh): + Đặc điểm: - Mỗi thiết bị có một kết nối điểm-điểm chuyên dụng (dedicated) tới các thiết bị còn lại. - Một mạng lưới nếu có n thiết bị thì sẽ có n(n-1)/2 số kết nối. - Mỗi thiết bị cần có (n-1) cổng vào/ra (I/O: input/output). + Ví dụ: Có 5 thiết bị kết nối theo tô-pô lưới. Số kết nối: 5(5-1)/2= 10 Mỗi thiết bị cần có 4 cổng vào/ra Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 7
4. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Ý niệm cơ bản +Ưu điểm so với các dạng mạng khác: - Kết nối điểm-điểm chuyên dụng đảm bảo mỗi kết nối chỉ truyền dẫn dữ liệu riêng, nên không xuất hiện bài toán lưu thông. - Tôpô lưới rất bền vững (Khi một kết nối bị hỏng thì không ảnh hưởng lên toàn mạng). - Tính riêng tư hoặc vấn đề an ninh. (Khi dùng đường truyền riêng biệt thì chỉ có hai thiết bị trong kết nối dùng được thông tin này, các thiết bị khác không thể truy cập vào kết nối này được). - 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: - Số kết nối và số cổng I/O nhiều, nên chi phí lắp đặt sẽ tăng. - Mở rộng khó khăn. Cấu hình lưới chỉ được dùng rất giới hạn, đường trục (backbone) kết nối các máy tính lớn (mainframe) trong một mạng hỗn hợp với nhiều cấu hình khác. 2.2.2 SAO (Star): + Đặc điểm: • Mỗi thiết bị có kết nối điểm - điểm với một thiết bị điều khiển trung tâm(Hub). • Chức năng Hub: Tạo kết nối giữa các thiết bị khi có yêu cầu, thu tín hiệu và phát (Repeater: thiết bị lặp, mang tính tích cực) • Nếu Tôpô sao có n thiết bị thì sẽ có n kết nối. • Mỗi thiết bị có 1 ngõ I/O Hình 2.2 +Ưu điểm: • Ít tốn kém hơn so với tôpô lưới. (số kết nối, số ngõ I/O) • Mỗi thiết bị chỉ cần một kết nối và chỉ cần một cổng I/O để kết nối với các thiết bị khác. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 8
5. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Ý niệm cơ bản • Tính bền vững cao. • Phát hiện lỗi dễ dàng. +Khuyết điểm: • Chi phí Hub. • Tính bảo mật không cao. • Mở rộng thiết bị có giới hạn. • Khoảng cách giữa Hub và thiết bị có giới hạn. 2.2.3 CÂY (Tree): + Đặc điểm: • Đây là biến thể của dạng sao. • Các nút trong cây được kết nối với hub trung tâm để điều khiển lưu thông đến mạng. • Các thiết bị không hoàn toàn kết nối trực tiếp vào hub trung tâm. • Phần lớn các thiết bị được kết nối với hub phụ (nối với hub trung tâm). • Số kết nối =số thiết bị (n)+ số hub phụ(m) = n+m + Hub trung tâm của cây mang tính tích cực: bộ lặp (repeater), tạo khả năng mở rộng cự ly của mạng. + Hub phụ có thể là tích cực hoặc thụ động, chỉ nhằm cung cấp những kết nối vật lý đơn giản giữa các thiết bị. + Ưu điểm và khuyết điểm: tương tự như dạng sao. Khi thêm vào các hub phụ, làm cho mạng có hai ưu điểm. • Cho phép thêm nhiều thiết bị được kết nối với hub trung tâm và có thể tăng cự ly tín hiệu di chuyển trong mạng. • Cho phép phân cấp mạng và tạo mức ưu tiên của các thiết bị khác nhau. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 9
6. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Ý niệm cơ bản 2.2.4.BUS: + Đặc điểm: • Tôpô bus là dạng cấu hình đa điểm. • Một đường cáp dài được gọi là trục (backbone) nhằm kết nối các thiết bị trong mạng. Hình 2.3 • Các nút được nối với cáp bus thông qua nhánh rẽ(drop line) và điểm nối(tap). • Điểm nối thường bị tổn hao nhiệt, do yếu tố nhánh rẽ. Từ đó có giới hạn về số điểm nối mà cáp chính có thể hỗ trợ và khoảng cách giữa các điểm nối. + Ưu điểm: • Hiệu qủa sử dụng kết nối cao. • Dễ lắp đặt, thay đổi vị trí lắp đặt thiết bị. + Khuyết điểm : • Khó phát hiện và phân cách hỏng hóc. • Khó gắn thêm thiết bị vào. • Các điểm nối có thể tạo tín hiệu phản xạ làm giảm chất lượng truyền tín hiệu trong bus. Yếu tố này có thể được khống chế bằng cách giới hạn số lượng và cự ly thích hợp của các điểm nối hay phải thay thể đường trục. • Tính bền vững kém. (Khi có lỗi hoặc đứt cáp thì toàn mạng sẽ bị ngừng truyền dẫn tín hiệu do vòng bị hỏng có thể tạo sóng phản xạ lên đường trục, tạo nhiễu loạn trên toàn mạng.) 2.2.5.VÒNG (Ring): + Đặc điểm: • Mỗi thiết bị có kết nối điểm - điểm với thiết bị bên phải và thiết bị bên trái của nó. • Tín hiệu di chuyển trong vòng theo một chiều, từ thiết bị này sang thiết bị khác, cho đến khi đến đích. • Mỗi thiết bị trong mạng là một bộ lặp. • Nếu có n thiết bị thì sẽ cần n kết nối. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 10
7. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Ý niệm cơ bản • Mỗi thiết bị có một ngõ phát và một ngõ thu. + Ưu điểm • Tương đối dễ thiết lập và tái cấu trúc • Phát hiện lỗi tương đối đơn giản. Thông thường trong mạng, tín hiệu di chuyển, khi một thiết bị bị hỏng thì sẽ xuất hiện tín hiệu báo động, thông báo cho người quản lý mạng về hỏng hóc và vị trí hỏng hóc này. + Khuyết điểm: • Việc di chuyển của tín hiệu trong mạng chỉ theo một chiều (thời gian truyền chậm). • Tính bền vững thấp (Khi có một thiết bị hỏng thì toàn mạng sẽ dừng hoạt động. Ví dụ: Giả sử có 8 thiết bị, hãy cho biết số kết nối để kết nối các thiết bị trên lần lượt theo các dạng tôpô: Lưới, sao, cây, bus, vòng. • Lưới: 8(8-1)/2 = 28 kết nối. • Sao: 8 kết nối + Hub 8. • Cây: nhiều hơn 8 kết nối + Hub trung tâm + hub phụ. • Bus: 1 kết nối + 8 nhánh rẽ + 8 điểm nối + 2 kết cuối Bus. • Vòng: 8 kết nối. Câu hỏi: Nêu đặc điểm của một loại tôpô. Trình bày ưu, khuyết điểm. Tính số kết nối trong tôpô đó. 2.2.6.TÔPÔ HỖN HỢP (Hybrid Topologies): + Đặc điểm: • Tồn tại ít nhất 2 dạng trong các dạng tôpô sau: lưới, sao, bus và vòng. • Kết hợp cấu hình nhiều mạng con để thành một mạng lớn. +Ví dụ: Cho 1 tôpô hỗn hợp có mạng trục dạng sao có 3 kết nối, mỗi kết nối được nối đến lần lượt tới các tôpô sau: bus(4 thiết bị), vòng (4 thiết bị) và sao (3 thiết bị). Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 11
8. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Ý niệm cơ bản 1. 2.3.CHẾ ĐỘ TRUYỀN DẪN + Khái niệm: Là chế độ nhằm định nghĩa chiều lưu thông tín hiệu giữa hai thiết bị được kết nối với nhau. + Phân loại: Có 3 dạng: • Đơn công (simplex) • Bán song công (half-duplex) • Song công (full-duplex = duplex) 2.3.1 Đơn công (simplex): +Đặc điểm: • Chiều lưu thông tín hiệu giữa hai thiết bị theo một chiều. • Một thiết bị phát và một thiết bị thu. Hình 2.4 2.3.2 Bán song công (half-duplex): + Đặc điểm: Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 12
9. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Ý niệm cơ bản • Chiều lưu thông tín hiệu giữa hai thiết bị theo hai chiều ở 2 thời điểm khác nhau. • Một thiết bị phát và một thiết bị thu hoặc ngược lại. 2.3.3 Song công (full-duplex): + Đặc điểm: • Chiều lưu thông tín hiệu giữa hai thiết bị theo hai chiều có thể ở cùng thời điểm. • Một thiết bị phát - thu và thiết bị còn lại thu - phát. Câu hỏi: Nêu khái niệm chế độ truyền dẫn. Phân loại các chế độ và cho ví dụ. 2.4. CÁC DẠNG MẠNG Hiện nay, khi nói đến mạng thì người ta nghĩ ngay đến: mạng cục bộ (LAN; local area network), mạng MAN (metropolitain area network) và mạng WAN (wide area network) như hình 2.15. 2.4.1 Mạng LAN: Ban đầu được dùng kết nối các thiết bị trong một văn phòng nhỏ, một tòa nhà, hay khuôn viên trường đại học (xem hình 2.16). Tuy theo nhu cầu, mạng LAN có thể chỉ gồm hai máy tính và một máy in trong một văn phòng, cho đến việc mở rộng với nhiều văn Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 13
10. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Ý niệm cơ bản phòng và các thiết bị thoại, hình ảnh và ngoại vị khác. Hiện nay, cự ly của mạng LAN thường giới hạn trong khoảng vài km. LAN được thiết kế cho phép chia sẻ tài nguyên giữa các máy tính và máy chủ. Tài nguyên này có thể là phần cứng (thí dụ máy in) hay phần mềm (các chương trình ứng dụng) và dữ liệu. Ngoài kích thước thì mạng LAN còn phân biệt với các mạng khác từ phương pháp cấu hình mạng cũng như môi trường truyền dẫn.Thông thường, trong mạng LAN chỉ dùng một môi trường truyền dẫn. Cấu hình thường dùng là bus, vòng và sao. Tồc độ truyền dẫn từ 4 đến 16 Mbps trong các mạng LAN truyền thống, hiện nay tốc độ này có thể lên đến 100 Mbps với hệ thống có thể lên đến tốc độ gigabit. Hình 2.5 2.4.2 Mạng MAN: Được thiết kế để hoạt động trong toàn cấp thành phố, nó có thể là một mạng như mạng truyền hình cáp, hay có thể là mạng kết nối nhiều mạng LAN thành mạng lớn hơn, như hình 2.17. Hình 2.6 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 14
11. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Ý niệm cơ bản 2.4.3 Mạng WAN: Cung cấp truyền dẫn dữ liệu, hình ảnh , thoại, và video trong diện rộng bao gồm quốc gia, lục địa và toàn cầu (hình 2.18). Hình 2.7 2.5 LIÊN MẠNG Khi kết nối nhiều mạng, ta có kết nối liên mạng (internetwork hay internet). Chú ý là internet này không phải là Internet là một dạng mạng toàn cầu đặc biệt, xem hình 2.19. Hình 2.8 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 15
12. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Ý niệm cơ bản TÓM TẮT ™ Cấu hình đường dây là quan hệ giữa các thiết bị thông tin với đường truyền thông tin. - Trong cấu hình điểm nối điểm, chỉ có hai thiết kết nối với nhau mà thôi. - Trong cấu hình nhiều điểm, ba hay nhiều thiết bị được kết nối với nhau. ™ Tôpô là phương thức sắp xếp vật ý hay luận lý trong mạng. Các thiết bị có thể được bố trí thành dạng lưới, sao, cây, bus, vòng và hổn hợp. ™ Có ba phương thức truyền dẫn thường gặp là: đơn công, bán song công và song công. - Truyền dẫn đơn công chỉ đi theo một chiều mà thôi. - Truyền dẫn bán song công thì theo hai chiều, nhưng mỗi lần chỉ có một việc (phát thì không thu, và ngược lại). - Song công là hai chiều thu phát cùng một lúc. ™ Các mạng được chia thành: LAN, MAN và WAN. ‰ LAN: mạng cục bộ. ‰ MAN: mạng trong một thành phố. ‰ WAN: mạng toàn cầu. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 16