CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU

CHƯƠNG 1GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU

Giảng viên: Trịnh Huy Hoàng Email:[email protected]

CSE 501035 – Data Communication 2

Nội dung Ứng dụng truyền dữ liệu Mô hình hệ thống truyền dữ liệu Mạng truyền số liệu Kiến trúc truyền số liệu dùng máy tính


Ứng dụng truyền số liệu

Ứng dụng dữ liệu Ứng dụng âm thanh, tiếng nói.

Sô ñoà khoái toång quaùt (moâ hình Shannon)

SourceTrans-mitter

Trans-missionSystem

ReceiverDes-

tination

Source System Destination System

Ví duï

Ứng dụng video Ứng dụng thời gian thực


Mô hình hệ thống truyền dữ liệu Hệ thống truyền dữ liệu ?

Dữ liệu: biểu diễn số liệu, khái niệm, … dưới dạng thích hợp cho việc giao tiếp, xử lý, diễn giải

Thông tin: ý nghĩa được gán cho dữ liệuTập hợp các thiết bị được kết nối thông qua

một môi trường truyền dẫn


Tác vụ của hệ thống truyền dữ liệu Sử dụng hệ thống truyền dẫn Giao tiếp Tạo tín hiệu Đồng bộ Quản lý việc trao đổi dữ liệu Điều khiển dòng dữ liệu Phát hiện và sửa lỗi Định vị địa chỉ và tìm đường Khôi phục Định dạng thông báo Bảo mật Quản trị mạng


Hệ thống truyền dữ liệu Tại sao phải dùng hệ thống truyền dữ liệu

Chia xẻ tài nguyên Máy in Ổ đĩa/băng từ Công suất tính toán Tập hợp dữ liệu

Phân tán tải Tính toán song song Tính toán theo mô hình client-server Fault tolerance

Trao đổi thông tin Giao dịch cơ sở dữ liệu Thư điện tử Phân tán dữ liệu trên mạng – lưu trữ


Truyền số liệu

Liên quan đến các vấn đề truyền dữ liệu số dạng thô Truyền dẫn dữ liệu (data transmission) Mã hóa dữ liệu (data encoding) Kỹ thuật trao đổi dữ liệu số (digital data

communication) Điều khiển liên kết dữ liệu (data link control) Phân hợp (multiplexing)

Liên kết (link) hoặc mạch (circuit) Kênh (channel)

SourceTrans-mitter

Trans-missionSystem

ReceiverDes-

tination



Mạng truyền số liệu Giao tiếp điểm-điểm

thường không thực tế Các thiết bị cách xa

nhau Số kết nối tăng đáng

kể khi số các thiết bị cần giao tiếp lớn

mạng truyền số liệu

Phân loại dựa vào phạm vi hoạt động Mạng cục bộ (Local-

Area Networks – LAN) Mạng diện rộng

(Wide-Area Networks – WAN)

Switchingnode

Wide-AreaNetwork

Destination systemSource system

SourceTransmitter

TransmissionSystem

ReceiverDest

ination

Local-AreaNetwork


Mạng truyền số liệu Mạng cục bộ LAN

Đặc điểm Kết nối các thiết bị cùng tổ chức Tốc độ cao Thường dùng hệ thống broadcast Hệ thống chuyển mạch và ATM đang được ứng dụng

Cấu hình Chuyển mạch

Ethernet chuyển mạch (một hoặc nhiều bộ chuyển mạch) ATM LAN Fibre channel

Không dây Cơ động Dễ dàng cài đặt


Mạng truyền số liệu Mạng diện rộng WAN

Khác như thế nào so với mạng LAN? Triển khai theo diện rộng Dựa vào các mạch truyền dẫn công cộng

Công nghệ Chuyển mạch mạch (circuit-switching)

Đường truyền dẫn dành riêng giữa 2 node mạng Chuyển mạch gói (packet-switching)

Không được dành riêng đường truyền dẫn Mỗi gói đi theo đường khác nhau Chi phí đường truyền cao để khắc phục các lỗi truyền dẫn

Frame Relay Được dùng trong chuyển mạch gói có xác suất lỗi thấp

ATM Chế độ truyền bất đồng bộ (Asynchronous Transfer Mode) Dùng các gói có kích thước cố định (gọi là cell)

ISDN Mạng số các dịch vụ tích hợp (Integrated Services Digital

Network)


Mạng truyền số liệu Một cách phân loại khác

Dựa vào kiến trúc và kỹ thuật dùng để trao đổi dữ liệu

Mạng chuyển mạch (switched networks) Mạng chuyển mạch mạch Mạng chuyển mạch gói

Mạng phát tán (broadcast networks) Mạng radio gói (packet radio net.) Mạng vệ tinh (satellite net.) Mạng cục bộ (local net.)


Cấu hình mạng truyền số liệu


Kiến trúc truyền thông máy tính Tác vụ giao tiếp được phân nhỏ thành các môđun Các mođun được hiện thực trên các lớp khác nhau (trên cả 2 hệ

thống) Giao tiếp đồng đẳng Ứng dụng truyền file

Nguồn thiết lập kết nối (báo cho mạng biết đâu là đích) Nguồn đảm bảo đích sẵn sàng nhận dữ liệu Ứng dụng truyền file trên h/t nguồn phải đảm bảo chương trình

quản lý file trên h/t đích sẵn sàng nhận và lưu trữ file Nếu định dạng file dùng trên 2 h/t không tương thích, một hoặc cả

2 h/t phải thực hiện chức năng chuyển đổi Ví dụ: truyền file có thể được phân thành 3 môđun

Truyền file Dịch vụ giao tiếp Truy xuất mạng

Communication subsystem

Application process

Data communication network

Computer-to-network communication

Computer I Computer II

Communication subsystem

Application process

Computer-to-computercommunication

User-to-usercommunication


Nghi thức giao tiếp (giao thức) Dùng để giao tiếp giữa

các thực thể trong một hệ thống Thực thể

Có khả năng gởi/nhận thông tin

Ứng dụng người dùng Thư điện tử Thiết bị đầu cuối

Hệ thống Đối tượng vật lý, chứa

một hoăc nhiều thực thể Máy tính Thiết bị đầu cuối Cảm biến từ xa

Phải cùng “nói” một ngôn ngữ

Các thành phần chính của một nghi thức giao tiếp Ngữ pháp (syntax)

Định dạng dữ liệu Mức tín hiệu

Ngữ nghĩa (semantic) Thông tin điều khiển Xử lý lỗi

Định thời (timing) Đồng bộ Tuần tự


Tiêu chuẩn hóa Cần thiết cho các tác vụ liên thông giữa các thiết bị Các tổ chức chuẩn hóa

Internet Society (ISOC): cộng đồng các tổ chức và cá nhân liên quan đến việc đánh địa chỉ của internet (bao gồm cả IETF, IAB)

Electronics Industries Association EIA: hiệp hội các nhà sản xuất ở Mỹ, đưa ra chuẩn RS232 và các chuẩn tương tự

Institute of Electrical and Electronic Engineers IEEE (http://www.ieee.org): tổ chức nhà nghề của các kỹ sư điện-điện tử (IEEE-754: chuẩn cho số chấm động)

International Telecommunications Union ITU (http://www.itu.ch): điều phối các chuẩn tầm quốc tế, cấp phát tần số viễn thông vệ tinh

American National Standards Institute ANSI (http://www.ansi.org): đại diện cho một số tổ chức chuẩn hóa ở Mỹ (chuẩn cho ký tự ASCII)

International Organization for Standardization ISO (http://www.iso.ch): có nhiều chuẩn liên quan đến máy tính, đại diện ở Mỹ là ANSI (ISO9000 là chuẩn liên quan bảo hiểm chất lượng)

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


Tiêu chuẩn hóa Hệ thống kín (sở hữu riêng)

Được định nghĩa bởi một vài nhà sản xuất máy tính Chỉ liên quan đến việc truyền dữ liệu trong một máy tính hoặc giữa

máy tính với các thiết bị ngoại vi

Hệ thống nhiều nhà cung cấp (thương mại hóa) Được định nghĩa bởi một số nhà cung cấp dịch vụ viễn thông SNA (IBM), IPX (Novel), ... V-series: kết nối giữa DTE và modem kết nối với PSTN (Public

Switched Telephone Tetwork) X-series: kết nối giữa DTE và PSDN (Public Switched Data Network) I-series: kết nối giữa DTE và ISDN (Integrated Services Digital

Network)

Hệ thống DoD TCP/IP – Transmission Control Protocol/Internet Protocol)

Hệ thống mở Được định nghĩa bởi ISO OSI – Open Systems Interconnection


Mô hình 3 lớp Network Access Layer

Trao đổi dữ liệu giữa máy tính và mạng Máy tính nguồn cung cấp địa chỉ đích Có thể có các mức dịch vụ Tùy thuộc vào loại mạng đang dùng (LAN, chuyển

mạch gói, …) Transport Layer

Trao đổi dữ liệu tin cậy Độc lập với mạng đang dùng Độc lập với ứng dụng

Application Layer Hỗ trợ các ứng dụng người dùng khác nhau (e.g.

e-mail, file transfer)


Kiến trúc nghi thức và mạng 2 mức địa chỉ

Mỗi máy tính cần 1 địa chỉ mạng duy nhất

Mỗi ứng dụng trong một máy tính cần 1 địa chỉ duy nhất (trong máy)

Service Access Point (SAP)

Port đối với mô hình TCP/IP

Computer B

Computer A

Computer C

Network Address

Service Access Point


Nghi thức trong mô hình 3 lớp

Computer YComputer X

Application Protocol

Transport Protocol

Network accessprotocol

Network accessprotocol


Protocol Data Units (PDU) Tại mỗi lớp, người ta dùng các nghi thức để giao tiếp Thông tin điều khiển được thêm vào dữ liệu người

dùng tại mỗi lớp Lớp Transport có thể phân đoạn dữ liệu người dùng Mỗi phân đoạn có một header chứa

SAP đích Số tuần tự Mã phát hiện sai

Application Data

Transportheader

Networkheader

Transportheader

Networkheader

TransportProtocol Data Units

NetworkProtocol Data Units

(packages)


Network PDU Thêm header mạng chứa

Địa chỉ mạng của máy đích Yêu cầu dịch vụ

Source X Destination Y

Application

Transport

Networkaccess

Application

Transport

NetworkaccessDHost DHost

DSAP DSAP

Record Record

Packet

Transport PDU

DSAP = Destination Service Access PointDHost = Destination Host


Kiến trúc nghi thức được chuẩn hóa Cần thiết để các thiết bị trao đổi dữ liệu Các nhà cung cấp có nhiều sản phẩm Khách hàng có thể đòi hỏi thiết bị hợp chuẩn 2 chuẩn thông dụng

Mô hình OSI Mô hình TCP/IP

Ngoài ra còn có Systems Network Architecture (SNA) của IBM


Mô hình DoD Phát triển bởi DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency)

cho mạng chuyển mạch gói ARPANET (sau này là Internet) Sắp xếp phân cấp của các thực thể có khả năng giao tiếp với các thực

thể ngang cấp trong một hệ thống khác Trong một hệ thống, một thực thể cung cấp dịch vụ cho các thực thể

khác và cũng sử dụng dịch vụ của các thực thể khác Nhấn mạnh vào sự kết nối liên mạng, nghĩa là, khi 2 thực thể giao tiếp

không nối chung một mạng Quan tâm cả hệ thống hướng đến kết nối và không kết nối Bao gồm các ứng dụng: trao đổi file (FTP, RCP), mô phỏng terminal

(telnet, rlogin), chia xẻ và truy cập file phân tán (NFS), thực thi lệnh từ xa (rsh, rexec), in ấn từ xa (lpr), 802.X, X.25, mail (SMTP), quản trị mạng (NSP, SNMP)

TCP/IP được phát triển đồng thời với mô hình ISO Không chứa các nghi thức liên quan đến các lớp trong mô hình ISO Hầu hết các chức năng của mô hình ISO được tích hợp trong TCP/IP

Không phải mô hình chính thức, nhưng là một mô hình thực tiễn Lớp ứng dụng Lớp vận chuyển (giao tiếp giữa các thiết bị) Lớp Internet Lớp truy xuất mạng Lớp vật lý


Mô hình kiến trúc giao thức TCP/IP

SourceTrans-mitter

Trans-missionSystem

ReceiverDes-

tination



Khái niệm TCP/IP


Mức địa chỉ Địa chỉ duy nhất cho mỗi hệ thống đầu cuối và

router Địa chỉ lớp mạng

Địa chỉ IP hoặc địa chỉ internet (TCP/IP) Network service access point (NSAP – OSI)

Quá trình trong hệ thống Port number (TCP/IP) Service access point (SAP – OSI)

Một họat động đơn giản Quá trình gắn với port 1 trong máy A gởi thông báo tới port

2 trong máy B Quá trình trong máy A chuyển message tới TCP để gởi tới

máy B TCP chuyển xuống IP để gởi cho máy B IP chuyển xuống lớp mạng (e.g. Ethernet) để gởi tới router J Tạo ra tập các PDU được bao bọc


Dòng dữ liệu trong TCP/IP

User Data

User DataApplication

Header

Application DataTCP Header

Application DataTCP HeaderIP Header

Application DataTCP HeaderIP HeaderEthernetHeader

EthernetTrailer

Ethernet Frame46 – 1500 bytes

14 20 20 4

IP datagram

TCP segment

EthernetDriver

IP

TCP

Ethernet

Application


Mô hình giao tiếp dùng TCP/IP

Token RingDriver

IP

TCP

FTPServer

EthernetDriver

IP

TCP

FTPClient

Token RingDriver

EthernetDriver

IP

Token RingEthernet

IPProtocol

IPProtocol

Token RingProtocol

EthernetProtocol

FTPProtocol

TCPProtocol

Router


Nghi thức trong mô hình TCP/IP

BGP = Border Gateway Protocol OSPF = Open Shortest Path FirstFTP = File Transfer Protocol RSVP = Resource ReSerVation ProtocolHTTP = Hypertext Transfer Protocol SNMP = Simple Network Management ProtocolICMP = Internet Control Message Protocol SMTP = Simple Mail Transfer ProtocolIGMP = Internet Group Management Protocol TCP = Transmission Control ProtocolIP = Internet Protocol UDP = User Datagram ProtocolMIME = Multi-purpose Internet Mail Extension


Mô hình mạng ISO/OSI Hệ thống lý thuyết ra

đời quá trễ TCP/IP đang là tiêu chuẩn

thực tiễn 7 lớp

Ứng dụng (Application) Trình bày (Presentation) Giao dịch (Session) Vận chuyển (Transport) Mạng (Network) Liên kết dữ liệu (Data

link) Vật lý (Physical)

Application Layer

Transport Layer

Presentation Layer

Session Layer

Network Layer

Datalink Layer

Physical Layer

Real System Environment

OSI Envir

om

ent

Netw

ork

Envir

om

ent


Mô hình mạng ISO/OSI

TotalCommunication

Function Decompose(modularity,

information-hiding)

OSI-wide standards(e.g. network management, security)

Layer N

Layer 1Physical

Layer 7Application

Layer N entity

Service fromLayer N-1

Service toLayer N+1

Protocol withpeer Layer N



Layer N

Protocol Specification(Precise syntax and

semantics forinteroperability)

Addressing(Service Access Point)

Service Definition(Functional description

for internal use)



Transport

Network

Data Link

Application

Presentation

Session

Physical

Transport

Network

Data Link

Application

Presentation

Session

Physical

Data LinkData Link Data LinkData Link

PhysicalPhysical PhysicalPhysical

NetworkNetwork

Externalsite

Externalsite

Subnetnode

Subnetnode

Virtual network service

Virtual session

Virtual link for end-to-end messages

Virtual link for end-to-end packages

Virtual link for reliable packages

Physical link

Virtualbit pipe


Lớp hướng tới ứng dụng Lớp ứng dụng

Cung cấp cho các ứng dụng các dịch vụ để truy cập mạng Lớp trình bày

Cung cấp định dạng dữ liệu được dùng để truyền dữ liệu giữa các máy tính nối mạng (chuyển đổi mã ký tự, mật mã dữ liệu, nén dữ liệu, …)

Lớp giao dịch Cung cấp cấu trúc điều khiển truyền số liệu giữa các ứng

dụng (trợ giúp tổng đài, quyền truy cập, chức năng tính cước, …)

Cho phép 2 máy tính tạo, sử dụng và xóa kết nối Có khả năng nhận dạng tên và các chức năng khác

(security) cần thiết cho 2 máy tính nối kết qua mạng

Quan tâm đến các lớp dưới (từ lớp vận chuyển trở xuống) Các lớp trên được tích hợp trong hệ điều hành và không cần

thiết phải chuẩn hóa


Lớp hướng tới ứng dụng Lớp vận chuyển

Cung cấp dịch vụ thông báo end-to-end cho các lớp trên Cung cấp đường ống vận chuyển gói end-to-end cho lớp vận

chuyển Bảo đảm dữ liệu được truyền không có lỗi, theo thứ tự và

không mất mát, ngắt quãng hoặc dư thừa Chịu trách nhiệm đóng gói dữ liệu từ một thông báo lớn

thành nhiều thông báo kích thước nhỏ hơn để gởi đi và tập hợp các thông báo nhỏ thành một thông báo ban đầu khi nhận được (có khả năng đa hợp)

Ngắt thông báo thành các gói nhỏ (có kích thước thích hợp) và tập hợp các gói cho lớp mạng

Đa hợp các giao dịch với cùng các node nguồn/đích Tái lập thứ tự các gói tại đích đến Khôi phục lỗi, hư hỏng Điều khiển dòng từ nguồn đến đích và ngược lại


Lớp phụ thuộc môi trường truyền Lớp mạng

Trung chuyển các gói giữa lớp vận chuyển và lớp liên kết dữ liệu

Đánh địa chỉ gói và dịch địa chỉ luận lý thành địa chỉ vật lý

Tìm đường kết nối với máy tính khác thông qua mạng

Mỗi node chứa một mođun lớp mạng cộng với một mođun lớp liên kết dữ liệu cho một liên kết

Transportlayer

Networklayer

DLC layerlink 1

DLC layerlink 2

DLC layerlink 3


Lớp phụ thuộc môi trường truyền Lớp liên kết dữ liệu

Chịu trách nhiệm truyền dẫn một cách tin cậy (error-free) các gói dữ liệu của lớp mạng thông qua một liên kết đơn

Đóng khung: xác định đầu và cuối các góiPhát hiện lỗi: xác định gói nào có lỗi đường

truyềnSửa lỗi: cơ chế truyền lại (Automatic Repeat

Request – ARQ)


Lớp phụ thuộc môi trường truyền Lớp vật lý

Điều khiển việc truyền dữ liệu (chuỗi các bit) thực sự trên cáp/mạng

Định nghĩa tín hiệu điện, trạng thái đường truyền, mã hóa thông tin và kiểu kết nối được sử dụng

Thời gian trễ truyền Thời gian t/h truyền từ nguồn đến đích

T/h truyền với vận tốc xấp xỉ vận tốc ánh sáng C=3x108 m/s Ví dụ

• vệ tinh GEO d=40.000km ? trễ truyền 1/8 s; • cáp Ethernet d=1km ? trễ truyền 3µs

Lỗi truyền Suy giảm công suất t/h Suy giảm do nhiễu Mô hình kênh truyền đơn giản: kênh nhị phân đối xứng (Binary

Symetric Channel)• P: xác suất lỗi 1 bit• Lỗi xảy ra độc lập

Thực tế, lỗi xảy ra thành chùm


Truyền dữ liệu trong mạng OSI

Presentation layer

Session layer

Application layer

Transport layer

Network layer

Datalink layer

Physical layer

Application process

Presentation layer

Session layer

Application layer

Transport layer

Network layer

Datalink layer

Physical layer

Application process

Data network

Network environment

OSI environment

Real systems environment

Computer I Computer II


Dòng dữ liệu trong mô hình OSI


Truyền dữ liệu trong mạng OSI


So sánh OSI và TCP/IP

Application

Presentation

Transport

Session

Network

Data link

Physical

Application

Transport(host-to-host)

Internet

Network Access

Physical

Hardware

Firmware

Software

Userspace

Operatingsystem

OSI TCP/IP


So sánh mô hình OSI và TCP/IP

Application

Presentation

Session

Transport

Network

Datalink

Physical

1

2

3

4

5

6

7

FunctionLayer

Telnet FTP TFTP SMTPDNS

Others

TCP UDP

ICMP

Ethernet TokenRing Other

RARPARPIP

Protocol

OSI Reference Model TCP/IP Protocol Suite


Tham khảo W. Stallings, Data and Computer

Communications (7th edition), Prentice Hall 2003, chapter 1 & 2

Web sites for IETF, IEEE, ITU-T, ISO Internet Requests for Comment (RFCs) Usenet News groups

comp.dcom.* comp.protocols.tcp-ip

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU

Documents

Transcript of CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU