Chương I TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH VÀ VẤN ĐỀ VỀ GIAO TIẾP NỐI TIẾP A Tổng quan mạng máy tính Mạng máy tính tập hợp máy tính nối với đường truyền vật lý theo kiến trúc Và ngày mạng máy tính trở thành lónh vực nghiên cứu phát triển ứng dụng cốt lõi công nghệ thông tin I Các yếu tố mạng máy tính : Các yếu tố mạng máy tính bao gồm : đường truyền vật lý kiến trúc mạng máy tính Đường truyền vật lý: Đường truyền vật lý dùng để chuyển tín hiệu điện tử máy tính Các tín hiệu điện tử biểu thị giá trị liệu dạng xung nhị phân (ONOFF) Tất tín hiệu truyền máy tính thuộc dạng sóng điện từ (EM) đó, trải từ tần số radio tới sóng cực ngắn vi baa) tia hồng ngoại Tùy theo tần số sóng điện từ dùng đường truyền vật lý khác để truyền tín hiệu Các tần số radio truyền cáp điện (dây đôi xoắn đồng trục ) phương tiện quãng bá (radio broadcasting) Sóng cực ngắn vi baa) thường dùng để truyền trạm mặt đất vệ tinh Tia hồng ngoại lý tưởng nhiều loại truyền thông mạng Nó truyền hai điểm quãng bá từ điểm đến nhiều máy thu Tia hồng ngoại tần số cao ánh sáng truyền qua loại cáp sợi quang Khi xem xét lựa chọn đường truyền vật lý ta cần ý tới đặc trưng chúng dải thông, độ suy hao độ nhiễu điện từ Kiến trúc mạng: Kiến trúc mạng máy tính (network architecture) thể qua cách nối máy tính với tập hợp quy tắc, qui ước mà tất thực thể tham gia truyền thông mạng phải tuân theo để đảm bảo cho mạng hoạt động tốt Cách nối máy tính gọi hình trạng (topology gọi tắt topo), tập hợp quy tắc, quy ước truyền thông gọi giao thức (protocol) mạng *Topo mạng: Có hai kiểu nối mạng chủ yếu là: điểm – điểm ( point to point) quãng bá broadcaster hay point to multi point) Theo kiểu point to point, đường truyền nối thành cặp nút với nút có trách nhiệm lưu trữ tạm thời sau chuyển tiếp liệu đích Theo kiểu quãng bá, tất nút phân chia chung đường truyền vật lý Dữ liệu gởi từ nút tiếp nhận tất nút lại Nơi nhận kiểm tra xem địa đích gởi đến có phải cho hay không để tiếp tục thực việc giao tiếp hay bỏ qua *Giao thức mạng: Việc truyền tín hiệu mạng cần phải tuân theo quy tắc, qui ước nhiều mặt: từ khuôn dạng (cú pháp, ngữ nghóa) liệu tới thủ tục gởi, nhận liệu, kiểm soát hiệu chất lượng truyền tin xử lý lỗi cố Tập hợp tất quy tắc, qui ước gọi giao thức mạng II Phân loại mạng máy tính : Có nhiều cách phân loại mạng máy tính khác tùy thuộc vào yếu tố làm tiêu phân loại Nếu lấy khoảng cách địa lý làm yếu tố để phân loại ta có loại sau: Mạng cục ( Local Area Networks – LAN): Là mạng cài đặt phạm vi tương đối nhỏ (ví dụ tòa nhà, trường học …) với khoảng cách lớn máy tính nút mạng vòng vài chục kilo mét trở lại Một mạng cục bao gồm phần cứng lẫn phần mềm Phần mềm bao gồm trình điều khiển thiết bị hệ điều hành mạng Mạng đô thị( Metropolitan Area Networks – WAN): Là mạng cài đặt phạm vi đô thị trung tâm kinh tế- xã hội có bán kính khoảng 100 kilo mét trở lại Mạng diện rộng ( Wide Area Networks – WAN ): Có phạm vi vượt qua biên giới quốc gia chí châu lục Mạng toàn cầu ( Global Area Networks – GAN ):Phạm vi sử dụng mạng trải rộng khắp châu lục Trái Đất III Đường truyền thiết bị sử dụng mạng máy tính: Đường truyền: a Cáp truyền:  Cáp đồng trục: Có cấu tạo gồm hai dây dẫn, dây dẫn trung tâm ( thường đồng cứng ) dây dẫn tạo thành ống bao quanh dây dẫn trung tâm, dây dẫn dây bện hay kim loại Giữa hai dây dẫn có lớp cách ly bên lớp vỏ plastic để bảo vệ cáp  Cp xoắn đôi: Cáp gồm hai đường dây dẫn đồng trục xoắn vào Mục đích việc xoắn nhằm giảm nhiễu điện từ gây môi trường xung quanh gây thân chúng với Có hai loại cáp xoắn đôi dùng cáp có bọc kim STP (Shield Twisted-Pair) cáp không bọc kim UTP ( Unshield Twisted-Pair) STP có khả chống nhiễu tốt nhờ có vỏ bọc kim, thích hợp cho tốc độ truyền 500Mb/s Còn UTP có khả chống nhiễu thấp hơn, tốc độ đạt tới 100Mb/s  Cáp sợi quang: Cáp sợi quang không truyền dẫn tín hiệu điện mà truyền dẫn tín hiệu quang Cáp sợi quang bao gồm dây dẫn trung tâm ( một bó sợi thủy tinh hay plastic truyền dẫn tín hiệu quang ) bọc lớp áo có tác dụng phản xạ tín hiệu trở lại để giảm mát tín hiệu Bên lớp vỏ plastic để bảo vệ cáp Tín hiệu truyền cáp sợi quang đạt tốc độ 2Gb/s cho phép khoảng cách truyền xa độ suy hao tín hiệu cáp thấp Ngoài tín hiệu truyền dạng quang nên không bị ảnh hưởng nhiễu điện từ hiệu ứng điện khác Hơn nữa, tín hiệu truyền cáp sợi quang có độ bảo mật cao Tuy nhiên cáp sợi quang có nhược điểm khó lắp đặt giá thành tương đối cao b Phương tiện vô tuyến:  Radio: Radio chiếm dải tần từ 10KHz đến 1GHz, có băng tần quen thuộc như:  Sóng ngắn  VHF ( Very High Frequency ) : Duøng cho truyền hình FM radio  UHF ( Ultra High Frequency ) : Dùng cho truyền hình Các phương thức truyền theo tần số radio : Công suất thấp tần số đơn, công suất cao tần số đơn trải phổ  Viba (Microwave ): Có hai dạng truyền thông vi ba mặt đất vệ tinh Các hệ thống vi ba mặt đất thường hoạt động băng tần 4-6GHz 21-23GHz, tốc độ truyền liệu từ 110Mb/s  Các hệ thống tia hồng ngoại (Iinfrared System ): Các mạng điểm – điểm hoạt động cách chuyển tín hiệu hồng ngoại từ thiết bị tới thiết bị kế tiếp, dải tần hoạt động 100GHz đến 1000GHz với tốc độ khoảng 100Kb/s đến 16b/s Các mạng quãng bá hồng ngoại có dải tần có tốc độ truyền thực tế đạt 1Mb/s Thiết bị mạng: a Các giao tiếp mạng: Các giao tiếp mạng thiết kế Mainboard máy tính dạng giao tiếp mạng ( Network Interface Card- NIC ) thích nghi đường truyền Một NIC cài đặt vào khe cắm (slot ) máy tính Đây loại thiết bị thông dụng để nối máy tính với mạng Trong NIC có thu phát với số kiểu đầu nối Bộ thu phát chuyển đổi tín hiệu bên máy tính thành tín hiệu mà mạng đòi hỏi biến đổi ngược lại tín hiệu truyền mạng thành tín hiệu mà máy tính làm việc Bộ thích nghi đường truyền thiết bị có chức làm thích nghi kiểu đầu nối máy tính với kiểu đầu nối khác mà mạng đòi hỏi Có thích nghi đường truyền là: transceiver, media filter, parallel port adapter, SCSI port adapter  Hub ( tập trung ): Hub chia hay gọi tập trung ( concentrators) dùng để đấu mạng Có loại Hub sau: Passive Hub, Active Hub, vaø Intelligent Hub  Repeater ( chuyển tiếp ): Repeater có chức tiếp nhận chuyển tiếp tín hiệu liệu thường dùng nối hai đoạn cáp mạng Ethernet ( để mở rộng mạng) Một số repeater có chức đơn giản khuếch đại tín hiệu Tuy nhiên lúc tiếng ồn mạng bị khuếch đại theo Ngoài tín hiệu gốc bị nhiễu repeater khuếch đại nhiễu Các loại repeater tiên tiến mở rộng phạm vi đường truyền mạng hai cách: khuếch đại tái sinh tín hiệu Chúng định danh liệu tín hiệu nhận dùng liệu để tái sinh tín hiệu gốc  Bridge ( Cầu ): Bridge thiết bị mềm dẻo nhiều so với repeater Một repeater chuyển tất tín hiệu mà nhận Còn Bridge có chọn lọc chuyển tín hiệu có đích phần mạng phía bên  Multiplexor (bộ dồn kênh ): Multiplexor thiết bị có chức tổ hợp số tín hiệu để chúng truyền với sau nhận lại tách trở thành tín hiệu gốc  Modem: Modem ( Modulation/ demodulation ) thiết bị có chức chuyển đổi tín hiệu số thành tín hiệu analog ngược lại để kết nối máy tính qua đường điện thoại Modem cho phép trao đổi thư điện tử, truyền tệp trao đổi liệu theo yêu cầu Tuy nhiên modem thiết bị liên mạng nên nối kết mạng xa với Để khắc phục điều ta kết hợp với router để nối kết mạng qua mạng điện thoại chuyển mạch công cộng  Router : Router ( chọn đường ) thiết bị có chức tương tự bridge, nhiên đa bridge thực giải thuật chọn đường tối ưu theo tiêu B Giao tiếp nối tiếp: Những thiết bị thực việc giao tiếp bao gồm hai loại : DCE ( Data Communications Equipment ) vaø DTE ( Data Terminal Equipment ) DTE ( gọi thiết bị đầu cuối liệu ) thuật ngữ chung để máy người sử dụng cuối, chúng máy tính trạm cuối (terminal ) Như tất ứng dụng người sử dụng điều nằm DTE Mục đích mạng máy tính để nối DTE lại cho phép chúng phân chia tài nguyên, trao đổi liệu lưu trữ thông tin dùng chung DCE ( gọi thiết bị cuối kênh liệu ) thuật ngữ chung dùng để thiết bị nối DTE với đường ( mạng) truyền thông Nó Modem, Transducer, Multiplex…DCE cài đặt bên DTE đứng riêng thiết bị độc lập Chức DCE chuyển đổi tín hiệu biểu diễn liệu người sử dụng thành dạng tín hiệu chấp nhận đường truyền ngược lại Việc truyền liệu, chủ yếu thực thông qua mạng điện thoại, phải tuân theo nguyên tắc định, thường dùng chuẩn truyền quốc tế hóa Có nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, có chuẩn thuộc họ RS- ( ngày đổi thành họ EIA- ) EIA ( Electronics Industries Association ) sử dụng phổ biến là: RS-232C, RS-422A, RS-423, RS-485 Chúng ta khảo sát chuẩn I Đặc điểm chuẩn truyền thông RS-232C, RS-422A, RS-485: Thông số Chiều dài RS-232C 15m RS-422 1.2km RS-423 1.2km RS-485 1.2km caùp (50 ft) (4000ft ) (4000ft) (4000ft) 20Kbs/15 10M 100Kbs/9 10Mbs/12 m bs/12m m m 1Mbs/120 10Kbs/90 1Mbs/120 m m m 100Kbs/1.2k 1Kbs/1.2k 100Kbs/1.2k Unbalance m Balanced m Balanced m Balanced d Differenti Differenti Differentia 1 al 10 al 10 l 32 32 Length (max) Baud rate (Tốc độ Baud) Mode Driver No Receiver Logic +3V- +2V->+5V +3.6V- +1.5V- Logic >+25V -3V ->- -2V-> -5V >+6V -3.6V ->- >+5V -1.5V ->- Communit 25V 2V 1.8V 6V 3.4V 5V 1.3V y Cable/sign 2 al Methode Phương Simplex Half- Simplex Half- Simplex Half- Simplex Half- thức duplex duplex duplex duplex Full- Full- Full- Full- duplex 500mA duplex 150 mA duplex 150mA duplex 150mA Short circuit current Chuaån RS-232C : Là chuẩn EIA nhằm định nghóa giao diện vật lý DTE DCE (ví dụ máy tính modem ) Chuẩn sử dụng đầu nối 25 chân, nhiên có số chân thực cần thiết cho việc liên kết Về phương diện điện , chuẩn quy định mức logic tương ứng với điện nhỏ -3V lớn +3V Tốc độ đường truyền không vượt 20Kbs khoảng cách nhỏ 15m Chuẩn RS-232C chấp nhận phương thức truyền song công ( full-duplex ) Một yêu cầu quan trọng RS-232C thời gian chuyển từ mức logic sang mức logic khác không vượt 4% thời gian tồn bit Giả sử với tốc độ truyền 19200 baud thời gian chuyển mức logic phải nhỏ 0.04/19200 = 2.1µs Điều làm giới hạn chiều dài đường truyền Với tốc độ 19200baud ta truyền xa 50ft (15.24m ) Một vấn đề quan trọng cần ý sử dụng RS-232C mạch thu phát không cân ( đơn cực ), tức tín hiệu vào so với đất Chuẩn RS-422A: Một cải tiến quan trọng chuẩn RS-232C chuẩn RS-422A Chuẩn sử dụng việc truyền liệu sai lệch differential data ) đường truyền cân Một liệu sai lệch cần hai dây, cho liệu không đảo (non-inverted) đường cho liệu đảo (inverted) Dữ liệu truyền đường dây cân bằng, thường cặp dây xoắn với trở đầu cuối Một IC lái (driver) biến đổi mức logic thông thường thành cặp tín hiệu sai lệch để truyền Bên nhận có mạch chuyển đổi tín hiệu sai lệch thành mức logic tương ứng Các IC lái RS-422A hầu hết hoạt động với nguồn +5V chip logic khác Với chuẩn này, tốc độ khoảng cách truyền cải thiện nhiều Chuẩn RS-485 : Giao tiếp EIA RS-485 cải tiến chuẩn RS-422A Đặc tính điện giống chuẩn RS-422A RS-485 chuẩn truyền vi sai, sử dụng hai dây cân Với RS-485 tốc độ truyền đạt đến 10Mbs chiều dài cáp lên đến 1.2km Điện áp vi sai ngõ từ +1.5V-> +5V logic mức mức logic từ -1.5V-> -5V Một đặc điểm quan trọng RS-485 cung cấp đến 32 drivers receivers đường truyền Điều cho phép tạo thành mạng cục Để có khả vậy, ngõ driver RS-485 phải ngõ trạng thái Và slave trạng thái tổng trở cao không chọn để giao tiếp với master Chỉ có trạm chọn làm master, trạm lại slave Master quyền truyền lúc nào, định slave giao tiếp với Slave truyền sau nhận lệnh master Mọi slave có địa riêng đường truyền không phép truyền yêu cầu từ master II Các phương thức truyền thông: Có phương pháp truyền dùng mục đích truyền thông tin: Đơn công, bán song công, song công Ta khảo sát phương pháp truyền Đơn công: Đường truyền đơn công có khả truyền liệu theo hướng Nguyên nhân tính chất đường dây đơn giản đầu cuối có máy phát đầu cuối có máy thu Cấu hình sử dụng máy tính cách để máy thu phát tín hiệu nhận biết tới máy phát cho biết thông điệp nhận Phát truyền hình thí dụ đơn công Bán song công(Half-duplex Communication): Đường truyền bán song công phát nhận liệu theo hai hướng không đồng thời Trong suốt truyền, modem máy phát modem lại máy thu Ví dụ thiết bị A máy phát gởi liệu đến thiết bị B máy thu, sau A B đổi vai trò cho nhau, B máy phát gởi tín hiệu báo liệu nhận có lỗi hay không đến máy thu A Nếu lỗi A B lại đổi vai trò cho A tiếp tục gởi liệu đến máy thu B Nếu máy thu B báo liệu có lỗi máy phát A gởi lại liệu cũ B báo liệu lỗi Nhược điểm phương pháp thời gian cần để chuyển đường truyền bán song công từ hướng sang hướng khác dài gấp nhiều lần thời gian truyền kí tự Sự chuyển động xe đường ray thí dụ phương pháp Song công ( Full-duplex Communication): Ngược lại so với truyền bán song công, đường truyền song công có khả phát nhận liệu đồng thời theo hai hướng Một cách khái quát, đường truyền song công tương đương với đường truyền đơn công, đường cho hướng Vì hai đường truyền tiến hành song song, đường cho hướng, nên truyền song công phát nhiều thông tin truyền bán song công với tốc độ truyền liệu Truyền song công không thời gian để thay đổi hướng truyền III Truyền thông tuần tự: Hầu hết máy tính lưu trữ liệu thao tác liệu theo cách song song Nghóa gởi byte từ nhận tới nhận khác máy tính, không truyền bit mà lúc byte cáp sợi song song Số bit truyền lúc thay đổi tùy thuộc vào máy tính thông thường bội Tuy nhiên việc truyền liệu từ máy tính đến máy tính hay thiết bị khác xảy theo kiểu tuần tự, nghóa liệu gởi bit Một giao tiếp đảm nhận nhiệm vụ chuyển đổi liệu từ song song sang nối tiếp trước chúng gởi đổi từ nối tiếp sang song song chúng nhận Có hai hình thức truyền thông tuần tự: truyền thông đồng không đồng  Truyền thông bất đồng ( Asynchronous communication): Khoảng thời gian hai kí tự truyền không cố định, khoảng thời gian hai bit liên tiếp kí tự không thay đổi khoảng thời gian hai kí tự liên tiếp số Sự biến thiên tốc độ làm nảy sinh vấn đề phải máy thu phân biệt bit liệu Để giải vấn đề , người ta phát trực tiếp bit start trước kí tự hai stop bit sau kí tự truyền Để kiểm tra lỗi đường truyền, người ta sử dụng bit chẵn lẻ( parity bit), tức kiểm tra tổng số bit byte liệu truyền Phương thức thường sử dụng máy tính PC tính đơn giản Hạn chế phương pháp tốc độ truyền thấp phải truyền thêm số bit start, bit stop bit parity  Truyền thông đồng ( Synchronous Communications): Phương thức truyền không dùng bit start, stop để đóng khung kí tự mà chèn kí tự đặc biệt SYN ( Synchronization), EOT (End Of Transmission) cờ liệu người sử dụng để báo hiệu cho bên nhận biết có liệu đến hay đến Truyền đồng thường tiến hành tốc độ 4800Bps,9600Bps chí cao Trong phương pháp này, đồng bộ, modem tiếp tục gởi kí tự để trì đồng bộ, lúc không phát liệu Một kí tự “idle” gởi liệu phát Trong phương pháp truyền đồng không giống phương pháp truyền bất đồng bộ, khoảng thời gian hai kí tự Truyền thông đồng đòi hỏi xung clock máy phát thu phải trì đồng khoảng thời gian dài Thời gian truyền tiếp tục lâu mà tái đồng máy thu với pha máy phát tùy thuộc vào ổn định xung clock  ... RS-232C 15 m RS-422 1. 2km RS-423 1. 2km RS-485 1. 2km cáp (50 ft) (4000ft ) (4000ft) (4000ft) 20Kbs /15 10 M 10 0Kbs/9 10 Mbs /12 m bs /12 m m m 1Mbs /12 0 10 Kbs/90 1Mbs /12 0 m m m 10 0Kbs /1. 2k 1Kbs /1. 2k 10 0Kbs /1. 2k... động 10 0GHz đến 10 00GHz với tốc độ khoảng 10 0Kb/s đến 16 b/s Các mạng quãng bá hồng ngoại có dải tần có tốc độ truyền thực tế đạt 1Mb/s Thiết bị mạng: a Các giao tiếp mạng: Các giao tiếp mạng. .. Mainboard máy tính dạng giao tiếp mạng ( Network Interface Card- NIC ) thích nghi đường truyền Một NIC cài đặt vào khe cắm (slot ) máy tính Đây loại thiết bị thông dụng để nối máy tính với mạng Trong