Bài giảng Kỹ thuật máy tính - Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật truyền số liệu (KTTSL)

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật máy tính - Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật truyền số liệu (KTTSL)

1. Giới thiệu kỹ thuật truyền số liệu
2. Chương 1: Giớithiệukỹ thuật truyềnsố liệu (KTTSL) bvhieu@dit.hcmut.edu.vn 1
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 số nghi thức Bộ môn Kỹ thuật máy tính 2
4. 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 3
5. Ứng dụng truyềnsố liệu • Ứng dụng dữ liệu • Ứng dụng âm thanh • Ứng dụng hình ảnh • Ứng dụng thờigianthực Bộ môn Kỹ thuật máy tính 4
6. Mô hình hệ thống truyền số liệu Source System Destination System Trans- Trans- Des- Source mission Receiver mitter tination System Sơ đồ khối tổng quát (mô hình Shannon) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 5
7. 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 6
8. Tác vụ của hệ thống truyền số liệu •Sử dụng hệ thống truyềndẫn •Giaotiếp •Tạotínhiệu • Đồng bộ •Quảnlýviệctraođổidữ liệu •Pháthiệnvàsửalỗi • Điềukhiểndòngdữ liệu • Định vịđịachỉ và tìm đường •Khôiphục • Định dạng thông báo • An ninh •Quảntrị mạng Bộ môn Kỹ thuật máy tính 7
9. Truyền số liệu Source System Destination System Trans- Trans- Des- Source mission Receiver mitter tination System •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) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 8
10. 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 9
11. Mạng truyền số liệu • Giao tiếp điểm điểm •Thực tế gặp nhiều vấn đề – Các thiết bịởxa 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 10
12. 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 11
13. LAN và WAN •LAN •WAN –Phạm vi hẹp –Phạm vi rộng –Thuộc một tổ chức –Thường không thuộc –Tốc độ thường lớn hơn một tổ chức nhiều mạng WAN –Thường dùng cơ chế –Thường dùng cơ chế chuyển mạch để truyền phát tán thông tin thông tin Bộ môn Kỹ thuật máy tính 12
14. 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 13
15. 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 14
16. 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 15
17. 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 16
18. 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 File transfer application application Communication Communication service module service module Network access Network Network access module module Bộ môn Kỹ thuật máy tính 17
19. 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 18
20. Mô hình ba lớp •Tổng quát chia giao tiếp thành ba lớp: Ứng dụng, Máy tính, Mạng Computer X Computer Y Application protocol Application Application Transport protocol Transport Transport Network access Network Network Network access protocol access Bộ môn Kỹ thuật máy tính 19
21. •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 20
22. Ví dụ mô hình ba lớp •2 mức địa chỉ –Mỗi máy tính cần 1 Service Access Point địa chỉ mạng duy nhất (Network Network Address address) –Mỗi ứng dụng trong Computer A một máy tính cần 1 địa chỉ duy nhất (trong máy) (Service Computer C access point) Computer B Bộ môn Kỹ thuật máy tính 21
23. 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 Transport Protocol Data Units Transport header Network Protocol Data Units (packages) Network Network header header Bộ môn Kỹ thuật máy tính 22
24. 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 23
25. Nghi thức TCP/IP Computer X Computer Y Application Application TCP TCP IP IP Network Network access Network access Physical Physical Bộ môn Kỹ thuật máy tính 24
26. 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 25
27. Dòng dữ liệu trong TCP/IP User Data Application Application User Data Header TCP TCP Header Application Data TCP segment IP IP Header TCP Header Application Data Ethernet IP datagram Driver Ethernet Ethernet IP Header TCP Header Application Data Header Trailer 14 20 20 4 Ethernet Ethernet Frame 46 – 1500 bytes Bộ môn Kỹ thuật máy tính 26
28. Mô hình giao tiếp dùng TCP/IP FTP FTP FTP Client Protocol Server TCP TCP TCP Protocol IP IP IP IP IP Protocol Protocol Ethernet Ethernet Ethernet Token Ring Token Ring Token Ring Driver Protocol Driver Driver Protocol Driver Router Ethernet Token Ring Bộ môn Kỹ thuật máy tính 27
29. Mô hình mạng ISO/OSI •Hệ thống lý thuyết ra Real system environment đời quá trễ –TCP/IP đang là tiêu Application Layer chuẩn thực tiễn (de facto standard) Presentation Layer •7 lớp – Ứng dụng (application) Session Layer – Trình bày OSI environment (presentation) Transport Layer –Giao dịch (session) –Vận chuyển (transport) Network Layer –Mạng (network) –Liên kết dữ liệu (data Datalink Layer link) Physical Layer –Vật lý (physical) Network environment Bộ môn Kỹ thuật máy tính 28
30. Mô hình mạng ISO/OSI Application Application Virtual network service Presentation Presentation Virtual session Session Session Virtual link for end-to-end messages Transport Transport Virtual link for end-to-end packages Network Network Network Network Virtual link for reliable packages Data Link Data Link Data Link Data Link Data Link Data Link Virtual bit pipe Physical Physical Physical Physical Physical Physical Physical link External Subnet Subnet External site node node site Bộ môn Kỹ thuật máy tính 29
31. 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 –Cókhả 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 30
32. 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 31
33. Lớp phụ thuộc môi trường truyền Transport •Lớp mạng layer – Trung chuyển các gói giữa lớp vận chuyển và lớp liên kết dữ liệu – Đánh địa chỉ gói và dịch Network địa chỉ luận lý thành địa layer chỉ vật lý – Tìm đường kết nối với máy tính khác thông qua DLC layer DLC layer DLC layer mạng link 1 link 2 link 3 –Mỗi node chứa một mođun lớp mạng cộng với một mođun lớp liên kết dữ liệu cho một liên kết Bộ môn Kỹ thuật máy tính 32
34. 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 33
35. 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 34
36. So sánh mô hình OSI và TCP/IP OSI TCP/IP Application Application Presentation User space Session Software Transport Transport (host-to-host) Firmware Internet Network Network Operating system Data link Access Hardware Physical Physical Bộ môn Kỹ thuật máy tính 35
37. So sánh mô hình OSI và TCP/IP OSI Reference Model TCP/IP Protocol Suite Layer Function Protocol 1 Application DNS Telnet FTP TFTP SMTP 2 Presentation Others 3 Session TCP UDP 4 Transport ICMP 5 Network IP ARP RARP 6 Datalink Ethernet TokenRing Other 7 Physical Bộ môn Kỹ thuật máy tính 36
38. 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 –Cóthể có nhiều chuẩn cho cùng một công nghệ Bộ môn Kỹ thuật máy tính 37
39. 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 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 ở Mỹ (chuẩn cho ký tự ASCII) • International Organization for Standardization ISO: có nhiều chuẩn liên quan đến máy tính, đại diện ở Mỹ là ANSI (ISO9000 là chuẩn liên quan bảo đảm chất lượng) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 38
40. Hỏi và Đáp Bộ môn Kỹ thuật máy tính 39