Giáo trình Mạng Máy Tính (Phần 3)

u sốTín hiệu tương tựDữ liệu có thể là digital hoặc analogMột số dữ liệu vốn đã được trình bày dưới dạng tín hiệu sốKý tự ‘A’ trong bảng mã ASCII: 01000001Các dạng dữ liệu khác cần được chuyển đổi từ analog sang digialÂm thanh, video,Chúng ta quan tâm đến tín hiệu/dữ liệu số!The Physic Layer*Why Digital SignalsDigital signal better than analog signal for StorageManipulationTransmissionThe Physic Layer*Tại sao lại là tín hiệu số?!Tín hiệu số tốt hơn tín hiệu tương tự để Lưu trữThao tác, xử lýTruyền tinThe Physic Layer*Data Transmission (1)Transmission of data depends onQuality of signalCharacteristics of mediumNeed to do signal processingNeed to measure quality of received signalAnalog: signal-to-noise ratioDigital: probability of symbol errorTo transmit bits (0’s or 1’s) we need to map them into electromagnetic waves. Modulation techniques.The Physic Layer*Truyền số liệu (1)Việc truyền số liệu phụ thuộc vàoChất lượng của tín hiệuCác đặc điểm của phương tiện truyềnCần phải thực hiện xử lý tín hiệuCần phải đo lường chất lượng của tín hiệu nhận đượcAnalog: tỷ lệ tín hiệu/tạp nhiễuDigital: Xác suất của các bit lỗiĐể truyền các dòng bits (0’s or 1’s) ta cần ánh xạ chúng sang các sóng điện từ => các kỹ thuật điều chếThe Physic Layer*Data Transmission (2)Transmitted signals areAttenuatedDistortedCorrupted by noiseAttenuation and distortion depend onType of transmission mediumBit rateDistanceMedium determinesData rateBandwidth of channelThe Physic Layer*Truyền số liệu (2)Tín hiệu được truyền đi có thể bịsuy giảmbóp méosai lệch bởi tạp âmSự suy giảm và bóp méo tín hiệu phụ thuộc:Loại phương tiện truyềnTốc độ bitKhoảng cáchPhương tiện truyền xác địnhTốc độ dữ liệuDải thông của kênh truyềnThe Physic Layer*Data Transmission (3)Medium:Guided: twisted pair, coaxial cable, optical fiberUnguided: radio, satellite, infrared, microwaveDirect link: point-to-point or guidedTwo devices share the medium (intermediate repeaters, amplifiers)Indirect link: multipoint or broadcastMore than two devices share the mediumTransmission modes: simplex, half-duplex, full-duplexFrequency, spectrum, bandwidthTime-domain vs. frequency domainThe Physic Layer*Truyền số liệu (3)Phương tiện truyền:Hữu tuyến: cáp đôi dây xoắn, cáp đồng trục, cáp quangVô tuyến: radio, vệ tinh, tia hồng ngoại, sóng cực ngắn (viba)Liên kết trực tiếp: điểm – điểmHai thiết bị chia sẻ phương tiện truyền (các bộ chuyển tiếp, bộ khuếch đại trung gian)Liên kết gián tiếp: nhiều điểm hoặc quảng báNhiều hơn hai thiết bị chia sẻ phương tiện truyềnCác phương thức truyền: đơn công, bán song công, song côngCác khái niệm cần lưu ý: tần số, phổ, dải thôngThe Physic Layer*Baseband & BroadbandBaseband: The data signal is transmitted directly over the transmission medium. Broadband: the data signal is no longer placed directly on the transmission medium. An analog or carrier signal is modulated by the data signal and then transmitted. The Physic Layer*Dải tần cơ sở và Dải tần rộngDải tần cơ sở: Tín hiệu số được truyền trực tiếp qua phương tiện truyền.Dải tần rộng: Tín hiệu số không được đưa trực tiếp lên phương tiện truyền. Tín hiệu tương tự hay sóng mang được điều biến từ tín hiệu số và truyền đi qua phương tiện truyền. The Physic Layer*Một mô hình truyền thông đơn giảnA simple model of communicationsThe Physic Layer*Maximum Data RateSignal rate: number of signal changes per secondEach signal may take from several values (M)What is the maximum data rate of the channel with cutoff frequency of H?Nyquist’s theoremMax data rate = 2H log2M bits/secSignal can be reconstructed with only 2H samples/secIn computer science, data rate is referred to as bandwidthCan we obtain any data rate by making M arbitrarily large?The Physic Layer*Tốc độ truyền dữ liệu tối đaTốc độ tín hiệu: số tín hiệu thay đổi trong một giâyMỗi tín hiệu có thể được truyền theo nhiều tốc độ (M)Tốc độ truyền dữ liệu tối đa của kênh truyền là bao nhiêu với ngưỡng tần số là H?Định lý Nyquist:Tốc độ dữ liệu tối đa = 2H log2M bits/secTín hiệu có thể được tái dựng lại chỉ với 2H mẫu/giâyTrong khoa học máy tính, tốc độ dữ liệu được xem như là dải thôngChúng ta có thể đạt được bất kỳ tốc độ truyền dữ liệu nào bằng cách làm cho M thật lớn?The Physic Layer*Shannon’s TheoremNoisy channelThermal noise due to thermal agitation of electronsSignal-to-Noise Ratio (SNR)Ratio of the signal power S to the noise power S/NMeasured in dB or decibels10 log10 (S/N)10 10 dB, 100  20dBFor noisy channel with frequency H and SNR S/NMax data rate = H log2(1+S/N) Max. data rate = min(H log2(1+S/N), 2H log2M)The Physic Layer*Định lý ShannonKênh truyền tạp nhiễuNhiễu nhiệt sinh ra do các electrons va chạm nhauTỷ lệ Tín hiệu/Nhiễu: Signal-to-Noise Ratio (SNR)Tỷ lệ của công suất tín hiệu (S) và công suất nhiễu (N): S/NĐược đo bằng đơn vị dB hay decibels10 log10 (S/N)S/N = 10 10 dB, 100  20dBCho kênh truyền tạp nhiễu với tần số H và tỷ lệ tín hiệu/nhiễu là S/NTốc độ dữ liệu tối đa = H log2(1+S/N) Tốc độ dữ liệu tối đa = min(H log2(1+S/N), 2H log2M)The Physic Layer*Application of Shannon’s TheoremConventional telephone systemEngineered for voiceCutoff frequency is 3000 HzSignal-to-noise ratio is approximately 1000Effective capacity is 3000*log2(1+1000)=~30000 bpsConclusion: dialup modems have little hope of exceeding 28.8 KbpsThe Physic Layer*Ứng dụng định lý ShannonHệ thống điện thoại quy ướcĐược thiết kế để truyền tải giọng nóiNgưỡng giới hạn là 3000 HzTỷ lệ Signal-to-noise xấp xỉ bằng 1000Khả năng truyền tối đa: 3000*log2(1+1000)=~30000 bpsKết luận: modems quay số khó vượt được tốc độ 28.8 KbpsThe Physic Layer*Transmission MediaTwisted PairBaseband Coaxial CableBroadband Coaxial CableFiber OpticsWirelessThe Physic Layer*Phương tiện truyềnCáp đôi dây xoắnCáp đồng trục dải tần cơ cởCáp đồng trục dải tần rộngCáp quangVô tuyếnThe Physic Layer*Physical Media: Twisted PairBit: propagates betweentransmitter/rcvr pairsphysical link: what lies between transmitter & receiverguided media: signals propagate in solid media: copper, fiber, coaxunguided media: signals propagate freely, e.g., radioTwisted Pair (TP)two insulated copper wiresCategory 3: traditional phone wires, 10 Mbps EthernetCategory 5 UTP: 100Mbps EthernetThe Physic Layer*Phương tiện truyền: cáp đôi dây xoắnBit: truyền giữa các đôi gửi và nhậnLiên kết vật lý: là những gì nằm giữa nơi gửi và bên nhậnĐường truyền hữu tuyến: Tín hiệu truyền đi trong phương tiện truyền: cáp đôi dây xoắn, cáp đồng trục, cáp quangĐường truyền vô tuyến: Tín hiệu được truyền đi trong môi trường không khí, vd: sóng vô tuyếnCáp đôi dây xoắnHai sợi dây đồng có lớp cách điện xoắn lại với nhau, vd:Loại 3 (CAT 3): dây điện thoại truyền thống, có thể dùng trong mạng Ethernet tốc độ 10 MbpsCAT 5 UTP: 100Mbps EthernetThe Physic Layer*Physical Media: coax, fiberCoaxial cable:two concentric copper conductorsbidirectionalbaseband:single channel on cablelegacy Ethernetbroadband: multiple channel on cable HFC (hybrid fiber coaxial)Fiber optic cable:glass fiber carrying light pulses, each pulse a bithigh-speed operation:high-speed point-to-point transmission (e.g., 5 Gps)low error rate: repeaters spaced far apart ; immune to electromagnetic noiseThe Physic Layer*Cáp đồng trục, cáp quangCáp đồng trục:Hai đường dây dẫn đồng có cùng một trục chungHai chiềuDải tần cơ sở:Kênh đơn trên cápEthernet “di sản”Dải tần rộng: Nhiều kênh trên cáp Dùng trong mô hình lai giữa cáp đồng và quang (HFC)Cáp sợi quang:Sợi quang mang các xung ánh sáng, mỗi xung biểu diễn một bitHoạt động tốc độ cao:Dùng trong truyền dẫn điểm – điểm tốc độ cao (vd: 5 Gps)Tỷ lệ lỗi thấp: không bị nhiễu điện từ, có thể truyền rất xa trước khi cần đến repeatersThe Physic Layer*Physical media: radiosignal carried in electromagnetic spectrumno physical “wire”bidirectionalpropagation environment effects:reflection obstruction by objectsinterferenceRadio link types:terrestrial microwavee.g. up to 45 Mbps channelsLAN (e.g., WirelessLAN)2Mbps, 11Mbpswide-area (e.g., cellular)e.g. 3G: hundreds of kbpssatelliteup to 50Mbps channel (or multiple smaller channels)270 msec end-end delaygeosynchronous versus LEOSThe Physic Layer*Sóng vô tuyếntín hiệu được mang trong phổ điện từkhông “dây” vật lýhai chiềunhững ảnh hưởng của môi trường truyền:phản xạcác vật cản trởsự nhiễu tín hiệuCác loại liên kết dùng sóng vô tuyến:Vi ba mặt đấtvd: các kênh truyền có thể lên đến 45 MbpsMạng không dây cục bộ (vd: WirelessLAN)2Mbps, 11MbpsMạng không dây diện rộng (vd: các mạng di động)Vd: mạng di động dùng công nghệ 3G có thể đạt tốc độ vài trăm KbpsVệ tinhKênh truyền có thể đạt đến 50Mbps(hoặc bao gồm nhiều kênh truyền nhỏ)Độ trễ cuối - cuối khoảng 270 msecThe Physic Layer*Access networks and physical mediaQ: How to connect end systems to edge router?residential access netsinstitutional access networks (school, company)mobile access networksKeep in mind: bandwidth (bits per second) of access network?shared or dedicated?The Physic Layer*Truy cập mạng và phương tiện truyền Các hệ thống đầu cuối kết nối đến router biên như thế nào?Các mạng truy cập tại nhà riêngCác mạng truy cập tại các công ty, trường, việnCác mạng truy cập di động Cần lưu ý: dải thông của mạng truy cập là bao nhiêu?mạng truy cập chia sẻ hay dành riêng?The Physic Layer*Residential access: point to point accessDialup via modemup to 56Kbps direct access to router (often less)Can’t be “always on”ADSL: asymmetric digital subscriber lineup to 1 Mbps upstream (today typically 1: delays become largeLa/R > 1: more “work” arriving than can be serviced, average delay infinite!The Physic Layer*Packet lossqueue preceding link in buffer has finite capacitywhen packet arrives to full queue, packet is dropped (lost)lost packet may be retransmitted by previous node, by source end system, or not retransmitted at allThe Physic Layer*Sự mất gói tinDung lượng vùng đệm của hàng đợi là giới hạnKhi các gói tin đến nhưng hàng đợi đầy, chúng sẽ bị bỏ (dropped)Các gói bị mất có thể được truyền lại bởi nút liền trước, bởi nguồn gửi, hoặc không được truyền lại gì cả.