Bài giảng Kỹ thuật truyền số liệu - Chương 1: Khái quát về hệ thống thông tin

 N.T.Q.Hoa
hoantq@hnue.edu.vn
1.Tên học phần: Truyền số liệu
2.Số đơn vị học trình:
3.Mục tiêu học phần:
 Học phần cung cấp các kiến thức cơ sở về kỹ thuật
 truyền dữ liệu,cơ sở cho mạng truyền tin nói chung và
 mạng máy tính nói riêng.
4.Mô tả vắn tắt nội dung học phần:
 Học phần Truyền dữ liệu: cung cấp nguyên lý truyền
 tín hiệu,truyền dữ liệu,công nghệ mạng.
5.Nhiệm vụ của sinh viên:
 Dự lớp theo quy chế.
Tài liệu học tập:
[1] William Stallings.Data and Computer
Communications.Printice Hall,1999.
[2] Nguyễn Thúc Hải.Mạng máy tính và hệ
thống mở.NXB GDHN 1999.
[3] Nguyễn Gia Hiểu.Mạng máy tính.NXB
Thống kê,Hà Nội 1999.
[4] Thái Hồng Nhị và Phạm Minh Việt.Kỹ thuật
truyền tin số và truyền dữ liệu.NXB GDHN
2005
[5] Nguyễn Hồng Sơn.Kỹ thuật truyền dữ
liệu.NXB Lao Động-Xã Hội,HN 2002
CHƯƠNG 1
 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG 
 THÔNG TIN
Hệ thống thông tin
• Phân loại :
 – Theo cơ sở năng lượng mang tin
 – Theo biểu hiện bên ngoài
 – Theo đặc điểm của tín hiệu đưa vào kênh
 truyền
Sơ đồ khối chức năng của một hệ 
thống thông tin tổng quát
Các tác vụ truyền thông
• Sử dụng hệ thống truyền 
• Ghép nối
• Phát sinh tín hiệu
• Đồng bộ hóa
• Quản lý trao đổi
• Phát hiện và sửa lỗi
• Điều khiển luồng
• Đánh địa chỉ và định tuyến
• Phục hồi
• Định dạng thông điệp
• Bảo mật
• Quản trị mạng
Phân loại theo cấu hình mạng
Dạng Bus:
• Tất cả các thiết bị nối với nhau bằng một đường 
 chung 
• Nhược điểm: Nếu một đường truyền bị đứt thì 
 toàn bộ mạng không làm việc
tt
Dạng sao (Star):
• Tất cả các trạm nối về một trung tâm chuyển mạch chung
 gọi là HUB. Trong trường hợp cáp hỏng thì chỉ riêng một
 trạm không hoạt động
• Nhược điểm: Nếu trung tâm chuyển mạch hỏng thì toàn bộ
 mạng hỏng
tt
Dạng vòng (Ring):
• Các trạm nối với nhau
 thành một vòng tròn khép
 kín. Thông tin truyền
 trong mạng đi theo một
 hướng đi qua tất cả các
 thiết bị.
• Đầu phát của trạm này sẽ
 là đầu thu của trạm tiếp
 theo
• Trong trường hợp cáp đứt
 hoặc một thiết bị hỏng,
 toàn bộ mạng sẽ ngừng
 làm việc
Nghi thức (protocol)
• Vấn đề: Hai máy tính khác nhau muốn truyền dữ
 liệu.Làm thế nào đề hai máy tính có thể truyền dữ
 liệu
• Nghi thức: Các quy định cách thức để hai máy
 tính có thể truyền dữ liệu cho nhau gọi là nghi
 thức(giao thức)
Các thành phần của nghi thức
 • Ngữ pháp (syntax)
 .Định dạng dữ liệu
 • Ngữ nghĩa (semantics)
 .Thông tin điều khiển
 • Thời gian (timing)
 .Đồng bộ
 .Trình tự
 Bộ môn kỹ thuật máy tính-Trường 
 12
 ĐHSPHN
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
Kiến trúc nghi thức
• Chia một tác vụ lớn thành nhiều tác vụ nhỏ
• Các tác vụ được thực hiện riêng lẻ
• Cách chia thành các tác vụ nhỏ,vai trò của
 chúng,cách kết nối giữa các tác vụ gọi là kiến trúc
 nghi thức
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: giap tiếp giữa các mạng
 khác nhau.
 • Lớp TCP: đảm bào dữ liệu truyền
 tin giữa hai máy tính
 • Lớp ứng dụng: các ứng dụng
 Bộ môn kỹ thuật máy tính-Trường 
 15
 ĐHSPHN
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-Trường 
 16
 ĐHSPHN
Ứng dụng truyền số liệu
• Ứng dụng dữ liệu 
• Ứng dụng âm thanh 
• Ứng dụng hình ảnh 
• Ứng dụng thời gian thực 
Giới thiệu về mạng thông tin
 Mạng thông tin là sự kết nối giữa các máy tính với
 nhau nhằm mục đích trao đổi dữ liệu. Các dữ liệu
 trao đổi là tất cả những gì người sử dụng yêu cầu
 như:
• Thoại (voice)
• Hình ảnh (video)
• Văn bản (text)
Dữ liệu,tín hiệu và truyền dẫn
Những khái niệm cơ bản về tín hiệu
Tin tức, dữ liệu và tín hiệu
• Dữ liệu: bao gồm các sự kiện, khái niệm hay các chỉ thị
 được diễn tả dưới một hình thức thích hợp cho viêc truyền
 thông tin thông dịch hay xử lý bởi con người hay máy móc
• Tin tức: ý nghĩa mà con người quy cho dữ liệu theo các
 quy ước cụ thể. Tin tức có thể biểu thị bởi tiếng nói, hình
 ảnh các văn bản, tập hợp các con số, các ký hiệu thông qua
 nó con người có thể hiểu nhau. Trong hệ thống truyền
 thông thường người ta không phân biệt dữ liệu và tinh tức.
• Tín hiệu: là tin tức, dữ liệu đã được chuyển đổi xử lý (bởi
 các bộ phận mã hóa hoặc chuyển đổi) cho phù hợp với môi
 trường truyền thông.
Tín hiệu tương tự
• Tín hiệu có mức biên độ thay đổi liên tục theo thời gian.
• Đặc trưng bởi hai thông số
• + Biên độ của tín hiệu
• + Độ rộng băng tần
• VD: Tín hiệu tiếng nói có băng tần khoảng 20 20000Hz. Tín
 hiệu thoại sau khi đã loại bỏ tần số thấp và cao chỉ còn 300400
 Hz. Đối với truyền hình tín hiệu video hệ PAL 6.5 MHz
Tín hiệu tương tự (tt)
Tín hiệu số
• Tín hiệu có mức biên độ biến đổi rời rạc 
 theo thời gian
• Thông số đặc trưng
• + Số mức tín hiệu truyền đi
• + Tốc độ bit (baud) chỉ ra số lượng thông 
 tin mà tín hiệu mang. 
Tín hiệu số (tt)
Ví dụ
 Tín hiệu 4 mức mỗi mức 
 tín hiệu tương ứng với 
 Tín hiệu 2 mức, một mức 
 hai bít, Baud là thời gian 
 tương đương với 1 bit, đơn 
 truyền 1 mức tín hiệu . 
 vị tốc độ bit vb=1/tb (b/s)
 +2V=00
 0V=bit 0
 +4V=11
 5V=bit 1
 -2V=01
 -4V=10 
Sự sai khác tín hiệu
• Tín hiệu nhận được khác với tín hiệu truyền
• Ảnh hưởng :
 – Truyền dẫn số : lỗi trên bit
 – Truyền dẫn tương tự : Suy giảm chất lượng tín hiệu
• Nguyên nhân :
 – Sự suy giảm tín hiệu (attenuation)
 – Méo trễ lan truyền (delay distortion)
 – Nhiễu (noise)
Các tham số ảnh hưởng đến việc truyền 
tín hiệu số trong mạng thông tin
a/ Nhiễu:
• Là các tín hiệu ngoài ý muốn xuất hiện trong hệ
 thống hoặc trên đường truyền. Dưới ảnh hưởng
 của nhiễu, tín hiệu có thể bị biến dạng hoặc lỗi
• Các loại nhiễu:
• + Nhiễu xuyên âm (crosstalk)
• + Nhiễu xung (impulse noise)
• + Nhiễu nhiệt (thermal noise)
• + Nhiễu điều chế (intermodulation noise)
Nhiễu
• Nhiễu xuyên kênh :
 – Tín hiệu từ đường truyền này ảnh hưởng sang
 đường truyền khác
 – Thường cùng độ lớn (hoặc nhỏ hơn nhiễu nhiệt)
• Nhiễu điều chế :
 – Xảy ra khi nhiều tần số khác nhau dùng chung
 môi trường truyền
 – Sinh ra tín hiệu tần số là tổng hoặc hiệu, hoặc
 tích tần số của các tín hiệu ban đầu
 – Do tính phi tuyến của môi trường truyền và
 thiết bị thu phát.
tt
b/ Cường độ tín hiệu:
• Cường độ tín hiệu thường được biểu diễn bởi công
 suất hoặc điện áp trên tổng trở tải của nó.
c/ Tỷ số cường độ hai tín hiệu
• Dùng để mô tả độ lợi hoặc độ suy giảm của hệ
 thống
d/ Băng thông
• Băng thông của tín hiệu là dải tần số trong đó chứa
 hầu hết công suất của tín hiệu B=fmax-fmin.
tt
e/ Tỷ số tín hiệu SNR (Signal to Noise Ratio)
• Tỷ số công suất tín hiệu có ích trên công suất tín
 hiệu nhiễu thường tính bằng (dB).
• Vd: Tín hiệu có công suất là 2dBm
• Mức nhiễu là -22dBm
• SNR=2dBm-(-22dBm)=24dBm
g/ Tỷ lệ lỗi bit (BER-Bit Error Ratio)
• Ví dụ: Với điện thoại BER <10-e3. Tuy nhiên đối
 với thông tin truyền số liệu BER < 10-e5
• BER=tổng số bít lỗi/tổng số bít truyền
tt
h/ Các loại trễ
• Trễ méo: Do tín hiệu
 truyền bao gồm nhiều
 thành phần tần số khác
 nhau nên khi truyền đi
 trên đường truyền
 chúng cũng trễ khác
 nhau, khi đến bên thu
 gây ra sự giao thoa của
 tần số
tt
• Trễ mã hóa dữ liệu (trễ mã hóa nguồn): Loại trễ này
 thường có khi tín hiệu được biến đổi từ dạng này sang
 dạng khác ví dụ từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số hoặc
 ngược lại.
• Trễ đóng gói: Phụ thuộc vào loại thông tin được đóng gói
 để truyền đi là dòng thoại hay số liệu và thứ hai là tốc độ
 xử lý dữ liệu ở máy tính
• Trễ do đồng bộ và tốc độ phát dữ liệu từ máy tính vào
 mạng:
 Thời gian trễ này được tính: ttrễ=tổng số bit truyền/tốc độ
 phát
• Trễ truyền dẫn: Đây là loại trễ không thể tránh khỏi trong
 truyền thông tin. Phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai điểm
 và tốc độ truyền lan của tín hiệu. ttrễ=khoảng cách /tốc
 độ truyền lan
Bài tập
• Trạm A có 10 gói tin truyền cho B
• Trạm B có 12 gói tin truyền cho A
• Một gói có dung lượng là 300 Byte, biết
 Vphát=33600b/s (tốc độ phát dữ liệu của máy
 tính).
• Trễ xử lý khi thu phát 1 gói là: Txl=2ms.
• Tính tổng thời gian truyền để A, B trao đổi xong
 dữ liệu
Sơ đồ trao đổi thông tin của A-B
Các phương thức liên lạc
• Đơn công:
 – Nghĩa là dữ liệu chỉ truyền đi theo một hướng.Ví dụ :
 Sử dụng trong phát thanh, truyền hình
• Bán song công :
 – Dữ liệu có thể truyền đi theo hai hướng nhưng tại một
 thời điểm nó chỉ được truyền đi theo một hướng. Ví dụ:
 Bộ đàm
• Song công :
 – Dữ liệu có thể truyền đi theo hai hướng đồng thời
Các hình thức truyền
• Song song (Parallel)
 – Truyền nhiều bit một lúc
 – Mỗi bit dùng một đường
 truyền riêng
 – Một kênh truyền riêng dùng để
 thông báo cho bên nhận biết
 khi nào có dữ liệu (clock
 signal)
 – Có thể có thêm kênh truyền
 bên nhận sẵn sàng nhận dữ
 liệu mới
 – Thường chỉ để truyền dữ liệu
 khoảng cách ngắn
Các hình thức truyền (tt)
 • Tuần tự (serial)
 – Tất cả các bit đều được truyền trên cùng một đường 
 truyền
 – Không cần đường truyền riêng cho tín hiệu đồng bộ
 – Có 2 cách truyền
 • Bất đồng bộ
 • Đồng bộ
Truyền BĐB
• Thời gian giữa các khối dữ liệu không ấn định
• Thường được truyền theo ký tự (5-8 bit)
• Chỉ cần giữ đồng bộ cho một ký tự
• Tái đồng bộ cho mỗi ký tự mới.
Truyền BĐB (tt)
Truyền ĐB
Cấu trúc đồng bộ khung
Bài tập
• Ví dụ: Tính số lượng thông tin cần truyền 100.000
 byte theo phương pháp truyền đồng bộ và dị bộ.
 Nếu truyền đồng bộ có: sync=2 byte,
 DATA=200byte, SF=2byte, EF=2byte
 Có 1 Message có kích thước 1Mb cần truyền từ A
đến B qua 5 hops (cổng chặng).Liên kết các hops có
độ dài như nhau và bằng 25 km.Tốc độ phát dữ liệu
là 100kb/s
 Tính thời gian để Message nhận được hết ở B
a) Nếu thiết bị nối trung gian là Repeater
b) Nếu thiết bị nối trung gian là Router
c) Nếu thiết bị nối trung gian là Repeater và gói dữ liệu ban
 đầu được chia làm 10 gói
d) Nếu thiết bị nối trung gian là Router và gói dữ liệu ban đầu
 được chia làm 10 gói
e) Giả sử mỗi gói được đóng gói với thông tin điều khiển là 50
 bit.Tính lại câu d.