Giới thiệu kỹ thuật truyền số liệu

Giới thiệu kỹ thuật truyền số liệu 1Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật truyền số liệu (KTTSL) bvhieu@dit.hcmut.edu.vn Bộ môn Kỹ thuật máy tính 2 Nội dung chương 1- Giới thiệu KTTSL • Ứng dụng và mô hình hệ thống truyền dữ liệu • Truyền số liệu và Mạng truyền số liệu • Nghi thức • Giới thiệu một số nghi thức Bộ môn Kỹ thuật máy tính 3 Nội dung chương 1- Giới thiệu KTTSL • Ứng dụng và mô hình hệ thống truyền dữ liệu • Truyền số liệu và Mạng truyền số liệu • Nghi thức • Giới thiệu một sô nghi thức Bộ môn Kỹ thuật máy tính 4 Ứng dụng truyền số liệu • Ứng dụng dữ liệu • Ứng dụng âm thanh • Ứng dụng hình ảnh • Ứng dụng thời gian thực Bộ môn Kỹ thuật máy tính 5 Mô hình hệ thống truyền số liệu Sơ đồ khối tổng quát (mô hình Shannon) Source Trans-mitter Trans- mission System Receiver Des-tination Source System Destination System Bộ môn Kỹ thuật máy tính 6 Hệ thống truyền dữ liệu là gì? • Tập hợp các thiết bị được kết nối thông qua môi trường truyền dẫn truyền thông tin từ nguồn phát đến đích • Thông tin vs. Dữ liệu Bộ môn Kỹ thuật máy tính 7 Tác vụ của hệ thống truyền số liệu • Sử dụng hệ thống truyền dẫn • Giao tiếp • Tạo tín hiệu • Đồng bộ • Quản lý việc trao đổi dữ liệu • Phát hiện và sửa lỗi • Điều khiển dòng dữ liệu • Định vị địa chỉ và tìm đường • Khôi phục • Định dạng thông báo • An ninh • Quản trị mạng Bộ môn Kỹ thuật máy tính 8 Truyền số liệu • Các vấn đề truyền số liệu dạng thô – Truyền dẫn dữ liệu (data transmission) – Mã hóa dữ liệu (data encoding) – Kỹ thuật truyền dữ liệu số (digital data communication) – Điều khiển liên kết dữ liệu (data link control) – Phân hợp kênh (multiplexing) Source Trans-mitter Trans- mission System Receiver Des-tination Source System Destination System Bộ môn Kỹ thuật máy tính 9 Nội dung chương 1- Giới thiệu KTTSL • Ứng dụng và mô hình hệ thống truyền dữ liệu • Truyền số liệu và Mạng truyền số liệu • Nghi thức • Giới thiệu một số nghi thức Bộ môn Kỹ thuật máy tính 10 Mạng truyền số liệu • Giao tiếp điểm điểm • Thực tế gặp nhiều vấn đề – Các thiết bị ở xa nhau – Số kết nối bằng O(n2) số phần tử kết nối • Cần mô hình kết nối khác: Mạng Bộ môn Kỹ thuật máy tính 11 Mạng truyền số liệu • Phân loại theo phạm vi – Mạng cục bộ (LAN) – Mạng diện rộng (WAN) • Phân loại theo kiến trúc và kỹ thuật trao đổi dữ liệu – Mạng chuyển mạch: • Chuyển mạch mạch (circuit switching) • Chuyển mạch gói (packet switching) – Mạng phát tán (broadcast network) • Mạng radio • Mạng vệ tinh (satellite net) • Mạng cục bộ (local net) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 12 LAN và WAN • LAN – Phạm vi hẹp – Thuộc một tổ chức – Tốc độ thường lớn hơn nhiều mạng WAN – Thường dùng cơ chế phát tán thông tin • WAN – Phạm vi rộng – Thường không thuộc một tổ chức – Thường dùng cơ chế chuyển mạch để truyền thông tin Bộ môn Kỹ thuật máy tính 13 Nội dung chương 1- Giới thiệu KTTSL • Ứng dụng và mô hình hệ thống truyền dữ liệu • Truyền số liệu và Mạng truyền số liệu • Nghi thức • Giới thiệu một số nghi thức Bộ môn Kỹ thuật máy tính 14 Nghi thức (protocol) • Vấn đề: hai máy tính khác nhau muốn truyền dữ liệu. Làm thế nào để hai máy tính có thể truyền dữ liệu? Các quy định cách thức để hai máy tính có thể truyền dữ liệu cho nhau gọi là nghi thức (giao thức) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 15 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… Bộ môn Kỹ thuật máy tính 16 Các thành phần của nghi thức • Ngữ pháp (syntax) – Định dạng dữ liệu, mức tín hiệu • Ngữ nghĩa (semantics) – Thông tin điều khiển – Xử lý lỗi • Thời gian (timing) – Đồng bộ – Trình tự Bộ môn Kỹ thuật máy tính 17 Kiến trúc nghi thức • Chia một tác vụ lớn thành nhiều tác vụ nhỏ • Cách chia thành các tác vụ nhỏ, vai trò của chúng, cách kết nối giữa các tác vụ gọi là kiến trúc nghi thức File transfer application Communication service module Network access module File transfer application Communication service module Network access moduleNetwork Bộ môn Kỹ thuật máy tính 18 Nội dung chương 1- Giới thiệu KTTSL • Ứng dụng và mô hình hệ thống truyền dữ liệu • Truyền số liệu và Mạng truyền số liệu • Nghi thức • Giới thiệu một số nghi thức Bộ môn Kỹ thuật máy tính 19 Mô hình ba lớp • Tổng quát chia giao tiếp thành ba lớp: Ứng dụng, Máy tính, Mạng Application Transport Network access Network Application Transport Network access Application protocol Transport protocol Network access protocol Computer X Computer Y Bộ môn Kỹ thuật máy tính 20 • Lớp Network Access – Trao đổi dữ liệu giữa máy tính và mạng – Máy tính nguồn phải cung cấp cho mạng địa chỉ máy đích – Tùy thuộc vào lọai mạng đang dùng (LAN, chuyển mạch gói, …) • Lớp Transport – Trao đổi dữ liệu tin cậy – Độc lập với mạng đang dùng – Độc lập với ứng dụng • Lớp Application – Hỗ trợ các ứng dụng người dùng khác nhau (e.g. e-mail, file transfer) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 21 Ví dụ mô hình ba lớp • 2 mức địa chỉ – Mỗi máy tính cần 1 địa chỉ mạng duy nhất (Network address) – Mỗi ứng dụng trong một máy tính cần 1 địa chỉ duy nhất (trong máy) (Service access point) Computer B Computer A Computer C Network Address Service Access Point Bộ môn Kỹ thuật máy tính 22 Protocol data unit (PDU) • Dữ liệu có thể cắt ra thành các khối nhỏ hơn • Thông tin điều khiển được thêm vào ở mỗi lớp • Dữ liệu và thông tin điều khiển gọi là PDU Application Data Transport header Network header Transport header Network header Transport Protocol Data Units Network Protocol Data Units (packages) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 23 PDU (tt) • Thông tin thêm vào ở lớp Transport – Service access point đích – Chỉ số tuần tự – Mã phát hiện sai • Thông tin thêm vào ở lớp Network access – Địa chỉ mạng của máy đích – Yêu cầu dịch vụ Bộ môn Kỹ thuật máy tính 24 Nghi thức TCP/IP Network Application TCP IP Network access Physical Computer X Application TCP IP Network access Physical Computer Y Bộ môn Kỹ thuật máy tính 25 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: giao tiếp giữa các mạng khác nhau • Lớp TCP: đảm bảo dữ liệu truyền tin cậy giữa hai máy tính • Lớp ứng dụng: các ứng dụng Bộ môn Kỹ thuật máy tính 26 Dòng dữ liệu trong TCP/IP User Data User DataApplication Header Application DataTCP Header Application DataTCP HeaderIP Header Application DataTCP HeaderIP HeaderEthernet Header Ethernet Trailer Ethernet Frame 46 – 1500 bytes 14 20 20 4 IP datagram TCP segment Ethernet Driver IP TCP Ethernet Application Bộ môn Kỹ thuật máy tính 27 Mô hình giao tiếp dùng TCP/IP Token Ring Driver IP TCP FTP Server Ethernet Driver IP TCP FTP Client Token Ring Driver Ethernet Driver IP Token RingEthernet IP Protocol IP Protocol Token Ring Protocol Ethernet Protocol FTP Protocol TCP Protocol Router Bộ môn Kỹ thuật máy tính 28 Mô hình mạng ISO/OSI • Hệ thống lý thuyết ra đời quá trễ – TCP/IP đang là tiêu chuẩn thực tiễn (de facto standard) • 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 N e t w o r k e n v i r o n m e n t O S I e n v i r o n m e n t Real system environment Bộ môn Kỹ thuật máy tính 29 Mô hình mạng ISO/OSI 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 External site External site Subnet node Subnet node 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 Virtual bit pipe Bộ môn Kỹ thuật máy tính 30 Lớp hướng tới ứng dụng • Lớp ứng dụng (application) – Cung cấp cho các ứng dụng các dịch vụ để truy cập mạng • Lớp trình bày (presentation) – 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 (session) – 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 Bộ môn Kỹ thuật máy tính 31 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 Bộ môn Kỹ thuật máy tính 32 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 Transport layer Network layer DLC layer link 1 DLC layer link 2 DLC layer link 3 Bộ môn Kỹ thuật máy tính 33 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 gói • Phát hiện lỗi: xác định gói nào có lỗi đường truyền • Sửa lỗi: cơ chế truyền lại (Automatic Repeat Request – ARQ) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 34 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 Bộ môn Kỹ thuật máy tính 35 So sánh mô hình OSI và TCP/IP Application Presentation Transport Session Network Data link Physical Application Transport (host-to-host) Internet Network Access Physical Hardware Firmware Software User space Operating system OSI TCP/IP Bộ môn Kỹ thuật máy tính 36 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 SMTP DNS Others TCP UDP ICMP Ethernet TokenRing Other RARPARPIP Protocol OSI Reference Model TCP/IP Protocol Suite Bộ môn Kỹ thuật máy tính 37 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 38 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 ởMỹ, đưa ra chuẩn RS232 và các chuẩn tương tự • Institute of Electrical and Electronic Engineers IEEE tổ chức nhà nghề của các kỹ sư điện-điện tử (IEEE-754: chuẩn cho số chấm động) • International Telecommunications Union ITU: điều phối các chuẩn tầm quốc tế, cấp phát tần số viễn thông vệ tinh • American National Standards Institute ANSI: đại diện cho một số tổ chức chuẩn hóa ởMỹ (chuẩn cho ký tự ASCII) • International Organization for Standardization ISO: có nhiều chuẩn liên quan đến máy tính, đại diện ởMỹ là ANSI (ISO9000 là chuẩn liên quan bảo đảm chất lượng) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 39 Hỏi và Đáp