Chương 3: M ôi trường truyền dẫn trong mạng

1. Chương 3:Môi trường truyền dẫn trong mạng

2. Mục đích của bài học • Định nghĩa và hiểu rõ được các thuật ngữ kỹ thuật về cáp mạng: suy giảm (tín hiệu), nhiễu xuyên âm (crosstalk), bảo vệ (shielding), và lấp đầy (plenum) • Xác định các loại cáp mạng và các công nghệ mạng không dây • Tìm hiểu các công nghệ truyền băng thông cơ sở (baseband) và băng thông rộng (broadband) Các khái niệm mạng cơ bản

3. Mục đích của bài học (tiếp theo) • Lựa chọn loại cáp phù hợp cho hệ thống mạng thông thường • Mô tả các công nghệ truyền thông không dây sử dụng trong mạng LAN • Mô tả các công nghệ truyền tín hiệu trong các máy tính xách tay Các khái niệm mạng cơ bản

4. Cáp mạng: môi trường truyền vật lý • Môi trường truyền cho phép dữ liệu đi vào và ra khỏi máy tính • Có thể là cáp hoặc không dây • Giao diện giữa máy tính và môi trường truyền xác định cách thức truyền tin • Các loại môi trường truyền khác nhau, gồm bằng dây và không dây, đều có những hạn chế riêng • Xem xét đến chi phí và hiệu năng khi chọn cáp mạng Các khái niệm mạng cơ bản

5. Các loại cáp chính • Cáp được hiểu như một môi trường trong đó thông tin mạng được truyền dưới dạng điện tử hoặc xung • Có 3 loại cáp mạng thường dùng: • Cáp đồng trục • Cáp xoắn đôi (TP), gồm 2 loại UTP và STP • Cáp quang Các khái niệm mạng cơ bản

6. Băng thông rộng Độ dài đoạn mạng lớn nhất Số lượng các đoạn trong liên mạng lớn nhất Số lượng thiết bị lớn nhất Triệt tiêu nhiễu Phần cứng kết nối Độ dẻo cáp Bán kính điểm nối Chi phí vật liệu Chi phí cài đặt Các đặc điểm chung của cáp • Đặc điểm chung Các khái niệm mạng cơ bản

7. Truyền Baseband và Broadband • Baseband truyền tín hiệu được số hoá ở tần số cố định • Tín hiệu là các xung điện rời rạc • Sử dụng toàn bộ băng thông cáp để truyền tín hiệu • Tại một thời điểm, tín hiệu chỉ được truyền theo một hướng (half-duplex) • Dùng bộ lặp repeaters để tái tạo tín hiệu trước khi truyền sang đoạn cáp khác Các khái niệm mạng cơ bản

8. Truyền Baseband và Broadband (tiếp theo) • Broadband truyền tín hiệu tương tự • Trong cáp là tín hiệu điện từ liên tục hoặc sóng quang • Chỉ truyền theo một chiều (simplex), không có chiều ngược • Cần ít nhất 2 kênh để truyền nhận dữ liệu (full-duplex) • Có thể hoạt động trên nhiều kênh truyền hay dùng một cáp đơn • Khuyếch đại tín hiệu khi qua các đoạn cáp trước khi truyền tiếp Các khái niệm mạng cơ bản

9. Truyền Baseband và Broadband (tiếp theo) • Broadband yêu cầu tối thiểu 2 kênh để truyền nhận • Có 2 phương pháp tiếp cận: • Broadbandchia nửa– chia băng thông của cáp đơn thành 2 kênh với 2 tần số khác nhau • Broadbandcáp đôi– sử dụng một cặp cáp để liên kết đồng thời giữa các máy tính • Broadband cung cấp băng thông rộng (hơn Baseband), nhưng chi phí cao hơn • Hình 3-1 mô phỏng hoạt độngbaseband vs. broadband Các khái niệm mạng cơ bản

10. Tầm quan trọng của băng thông • Kết nối càng tăng, băng thông phải càng lớn • Truyền thông viễn đàm, âm thanh, hình ảnh, và nhiều dịch vụ khác yêu cầu băng thông rộng • Khi các nhà phát triển ứng dụng xây dựng phần mềm đòi hỏi băng thông rộng, thì hệ thống mạng phải cung cấp số lượng băng thông thậm chí là ở tốc độ cao Các khái niệm mạng cơ bản

11. Cáp đồng trục • Là công nghệ phổ biến và được dùng trong nhiều năm qua • Giá thành hợp lý và dễ cài đặt • Phần lõi là một dây dẫn bằng đồng, xung quanh là một lớp cách điện, tiếp đến làm lưới kim loại (gọi là dây tết), ngoài cùng là lớp vỏ cáp • Xem hình 3-1 • So với cáp xoắn đôi, cáp đồng trục có ưu điểm ít gây nhiễu và suy giảm tín hiệu. Các khái niệm mạng cơ bản

12. Vỏ bọc Lớp cách điện (PVC, T Lõi đồng Lưới kim loại Hình 3-1 Cáp đồng trục Cáp đồng trục (tiếp theo) Các khái niệm mạng cơ bản

13. Cáp xoắn đôi (TP) • Đơn giản gồm 2 hay nhiều cặp dây đồng xoắn kép với nhau và được cách điện • Triệt tiêu nhiễu • Giảm nhiễu xuyên âm • Càng xoắn nhiều thì càng tốt • Có 2 loại cáp xoắn đôi chính • Cáp xoắn đôi không có bảo vệ (UTP) • Cáp xoắn đôi có bảo vệ (STP) • Xem hình 3-3 Các khái niệm mạng cơ bản

14. Cáp xoắn đôi có bảo vệ 2 cặp xoắn đôi Vỏ bọc Lá kim loại mỏng Cáp xoắn đôi không có bảo vệ Vỏ bọc Hình 3-3 Cáp STP và UTP Cáp STP và UTP Các khái niệm mạng cơ bản

15. Cáp xoắn đôi có bảo vệ (STP) • Giảm nhiễu xuyên âm và nhiễu điện giữa các đôi dây • Băng thông rộng trên khoảng cách dài • Có trở kháng thông thường là 150 Ohm • Screened TP (ScTP) còn được gọi làFoil TTP (FTP) có trở kháng khoảng 100 Ohm, bọc quanh các dây xoắn là một lá kim loại mỏng; được dùng trong những nơi có nhiễu điện từ. Các khái niệm mạng cơ bản

16. Đầu nối cáp xoắn đôi • Cả cáp STP vàUTP đều dùng đầu nốiRJ-45 • Tương tự đầu nối RJ-11 4 dây cho rắc điện thoại • RJ-45 lớn hơn và dùng 8 dây Hình 3-4 Đầu nối và jack (khe) cắm Các khái niệm mạng cơ bản

17. Cáp quang • Sử dụng xung ánh sáng thay cho tín hiệu điện tử • Triệt tiêu nhiễu hoàn toàn; an toàn; loại trừ hiện tượng nghe trộm • Khoảng cách truyền dữ liệu dài, băng thông rộng, tốc độ rất cao. • Phần lõi bên trong là vỏ hình trụ mảnh bằng sợi thuỷ tinh được bao quanh bởi ống thuỷ tinh làm vỏ bảo vệ, hình 3-6 • Lõi làm bằng sợi giúp cáp mềm dẻo hơn, ít hỏng, nhưng dễ gây nhiễu và không thể truyền trên khoảng cách dài như lõi băng sợi thuỷ tinh Các khái niệm mạng cơ bản

18. Lõi sợi quang Ống thuỷ tinh Đầu nối cáp quang Vỏ bảo vệ (jacket) Hình 3-6 Cáp quang Cáp quang (tiếp theo) Các khái niệm mạng cơ bản

19. Cáp quang (tiếp theo) • Tín hiệu truyền trong lõi chỉ theo một chiều • Nên phần lớn các cáp quang đều có 2 sợi • Được bao quanh bởi một lớp chất liệu bền gọi là Jacket • Kevlar thường dùng để bảo vệ • Không bị ảnh hưởng của nhiễu, có thể truyền dữ liệu đi xa với băng thông rất lớn • Xem bảng 3-2 Các khái niệm mạng cơ bản

20. Đặc điểm nổi bật của cáp quang Bảng 3-2 Các đặc điểm của cáp quang Các khái niệm mạng cơ bản

21. Cáp quang (tiếp theo) • Khó cài đặt và giá thành cao • Có 2 loại: • Single-mode cables: đắt; truyền tín hiệu đi xa hơn; làm việc với bộ phát trên cơ sở ánh sáng laser • Multimode cables: rẻ hơn; truyền tín hiệu ngắn hơn; làm việc với đèn diot phát quang (LEDs) • Dùng trong những đoạn mạng quan trọng, trong liên lạc đường dài với lưu lượng dữ liệu truyền lớn Các khái niệm mạng cơ bản

22. Băng thông Túi tiền Dung lượng Môi trường mạng Địa điểm Phạm vi Độ dài đường truyền Yêu cầu cục bộ Nhà sản xuất Chọn cáp • Một số điểm cần lưu ý: Các khái niệm mạng cơ bản

23. Bảng so sánh các đặc điểm chung của cáp Bảng 3-4 Các khái niệm mạng cơ bản

24. Mạng không dây: môi trường truyền vô hình • Công nghệ mạng không dây ngày càng tăng • Ngày càng dễ đáp ứng • Thường sử dụng cùng với mạng dây truyền thống • Microsoft gọi đó là mạng lai Các khái niệm mạng cơ bản

25. Thế giới không dây • Các khả năng của mạng không dây: • Tạo các liên kết trung gian giữa 2 mạng dây • Thiết lập các hoạt động liên kết sao lưu cho các mạng dây • Mở rộng các mạng có cáp giới hạn mà không cần chi phí cho việc đi dây • Cho phép người sử dụng tham gia mạng ngay khi đang di chuyển. Các khái niệm mạng cơ bản

26. Thế giới không dây (tiếp theo) • Giá thành cao hơn nhiều so với mạng cáp thông thường • Công nghệ mạng không dây thường dùng trong: • Truy cập đến dữ liệu của các thiết bị mobie cá nhân • Kết nối, truy cập đến các vùng bị cô lập • Môi trường có tính biến động cao • Tại những nơi mà việc đi dây gặp nhiều khó khăn không thực hiện được hay quá đắt • Mạng trong gia đình • Hình 3-2 mô phỏng hoạt động mạng không dây Các khái niệm mạng cơ bản

27. Cáp TV từ nhà cung cấp dịch vụ Điểm truy cập không dây Modem cáp TV Cáp xoắn đôi Hình 3-7 Mạng không dây gia đình Mạng không dây gia đình Các khái niệm mạng cơ bản

28. Các mô hình mạng không dây • Có 3 mô hình: • Mạng LAN • Mạng LAN mở rộng • Máy tính xách tay • Thông thường các nhà cung cấp truyền thông (nhóm thứ 3) sẽ cung cấp các thiết bị truyền nhận Các khái niệm mạng cơ bản

29. Các ứng dụng mạng LAN không dây • Các thành phần thiết bị trong LAN không dây cũng tương tự như mạng LAN thường • Ăngten thu phát thay cho cáp • Điểm truy cập (tương đương bộ Transceiver) sẽ nối kết mạng dây cáp và mạng không dây • Máy tính trong một số mạng LAN không dây có thể được liên kết với mạng LAN dây cáp thông qua các thiết bị truyền nhận nhỏ • Có thể được gắn trên tường hay đứng tự do Các khái niệm mạng cơ bản

30. Truyền thông trong LAN không dây • Truyền thông trong LAN không dây sử dụng sóng mang trong dải phổ điện từ • Dải phổđược đo bằng tần số và đơn vị tính là Hz (số chu kỳ trong 1 giây) • Tần số ảnh hướng đến tốc độ và dung lượng truyền • Ở tần số thấp, tốc độ truyền chậm nhưng dữ liệu có thể đi được xa hơn • Ở tần số cao, tốc độ truyền nhanh hơn nhưng khoảng cách truyền ngắn hơn Các khái niệm mạng cơ bản

31. Các dải phổ điện từ • Giải phổ được phân loại theo tần số • Sóng radio: 10 KHz to 1 GHz • Sóng viba: 1 GHz to 500 GHz • Hồng ngoại: 500 GHz to 1 THz (TeraHertz) • Các công nghệ dùng trong LAN không dây: • Sóng hồng ngoại • Laser • Sóng radio băng thông hẹp, tấn số đơn • Sóng radio dải phổ rộng (Spread-spectrum radio) Các khái niệm mạng cơ bản

32. Các công nghệ trong LAN hồng ngoại • Chùm tia hồng ngoại truyền tín hiệu giữa các cặp thiết bị, sử dụng băng thông rộng • Có 4 công nghệ được dùng: • Line-of-sight networks (mạng nhìn thăng) yêu cầu giữa thiết bị truyền và nhận phải thông suốt, không có vật cản • Reflective wireless networks (mạng không dây phản chiếu) truyền tín hiệu đến Hub trung tâm và từ đó đến thiết bị nhận • Scatter infrared networks (mạng hồng ngoại phân tán) có thể truyền tín hiệu qua tường và trần • Broadband optical telepoint networks truyền tốc độ rất cao, băng thông rộng Các khái niệm mạng cơ bản

33. IrDA • Truyền thông hồng ngoại thường dùng kết nối vào ảo (virtual docking connections) • IrDA: Thiết bị kế nối hồng ngoại (Infrared Device Association) • Cho phép máy xách tay liên lạc với các máy tính dùng cáp hoặc các thiết bị ngoại vi khác • Khoảng cách tối đa: 100 feet • Dễ xuất hiện nhiễu Các khái niệm mạng cơ bản

34. Các công nghệ LAN Laser • Truyền thông dựa trên sóng laser yêu cầu đường truyền thẳng, không vật cản giữa thiết bị truyền và nhận • Các vật thể đặc hoặc cơ thể người có thể ảnh hưởng rất lớn đến đường truyền • Không bị nhiễu từ các nguồn sáng xung quanh Các khái niệm mạng cơ bản

35. Các công nghệ LAN Radio tần số đơn, băng thông hẹp • Là sự liên lạc bằng sóng Radio 2 chiều. • Thiết bị truyền và nhận phải ở cùng dải tần số • Không bị ảnh hưởng bởi vật cản • Khoảng cách chuẩn là 70 meters Các khái niệm mạng cơ bản

36. Các quy định của FCC về tần số sóng Radio • Tại Mỹ, Uỷ ban truyền thông liên bang (FCC) quy định • Một số dải tần số chỉ được dùng trong một số khu vực xác định • Những dải tần khác thì không quy định • Phần lớn các công nghệ LAN không dây tấn số đơn, băng thông hẹp sử dụng trong dải tần số mà FCC không quy định • Bất kỳ ai sử dụng thiết bị mạng trong dải này đều có thể bị nghe trộm • Xem bảng 3-4 Các khái niệm mạng cơ bản

37. Các đặc điểm của LAN tần số đơn, bang thông hẹp Bảng 3-4 Các đặc điểm Các khái niệm mạng cơ bản

38. Các LAN có tần số đơn, năng lượng cao • Các mạng LAN có năng lượng cao có thể dùng nhiều tháp cao hoặc các kỹ thuật phản xạ tín hiệu • Các thiết bị truyền thông có chi phí cao và tuân theo giấy phép quy định của FCC • Các nhà cung cấp dịch vụ truyền thông gồm: AT&T hay GTE • Dữ liệu được mã hoá để tránh nghe trộm • Xem bảng 3-5 Các khái niệm mạng cơ bản

39. Các đặc điểm của LAN có tần số đơn, năng lượng cao Bảng 3-5 Các khái niệm mạng cơ bản

40. Các công nghệ LAN dải phổ rộng • Sóng Radio dải phổ rộng dùng nhiều dải tần số đồng thời • Độ tin cậy tăng • Giảm ảnh hưởng của nhiễu • Có 2 công nghệ: • Dịch tấn (Frequency-hopping) • Điều biến tuần tự trực tiếp (Direct-sequence modulation) Các khái niệm mạng cơ bản

41. Frequency-Hopping và Direct-Sequence Modulation • Frequency hopping (nhảy tần số) chuyển dữ liệu từ tần số này sang tần số khác trong khoảng thời gian quy định • Các thiết bị truyền nhận phải đồng bộ • Băng thông cực đại: 1Mbps • Direct-sequence modulation chia dữ liệu thành các gói có độ lớn xác đinh gọi là chip và truyền đi cùng lúc trên các dải tần số khác nhau • Thường dùng các dải tần không bị FCC quy định • Băng thông từ 2 đến 6 Mbps • Xem bảng 3-6 Các khái niệm mạng cơ bản

42. Đặc điểm của LAN dải phổ rộng Bảng 3-6 Các khái niệm mạng cơ bản

43. Họ chuẩn không dây 802.11 • IEEE 802.11 (còn gọi là Wi-Fi) các chuẩn mạng không dây dành cho mạng LAN gia đình và doanh nghiệp, chi phí thấp và tin cậy • Chuẩn 802.11b tốc độ truyền 11 Mbpsm, tần số 2.4 GHz • Chuẩn 802.11a tốc độ truyền 54 Mbps, tần số 5 GHz • Chuẩn 802.11g, được chấp nhận vào năm 2003, có tốc độ truyền 54 Mbps, tần số 2.4 GHz Các khái niệm mạng cơ bản

44. Các công nghệ không dây mở rộng • Các thiết bị không dây có thể mở rộng mạng LAN tới những khoảng cách mà cáp bị hạn chế • Thiết bị không dây làm cầu nối cho những mạngở khoảng cách 3 dặm nhờ sử dụng các thiết bị truyền thông không vật cản • Có thể chi phí lắp đặt cao gấp 10 lần, nhưng không có phí bảo trì dịch vụ hàng tháng • Cầu nối không dây mở rộng làm việc tại khoảng cách 25 dặm sử dụng lân truyền quang phổ Các khái niệm mạng cơ bản

45. Các đặc điểm của mạng LAN mở rộng Bảng 3-7 Các khái niệm mạng cơ bản

46. Mạng MAN không dây – chuẩn 802.16 • Thao tác WiMax – Worldwide cho truy nhập sóng cực ngắn • Có thể phát triển không dây rộng đến các vùng xa xôi • Tốc độ 70 Mbps với khoảng cách 30 dặm • Gồm truy cập mạng không dây di động và các điểm nóng (liên lạc) Các khái niệm mạng cơ bản

47. Các công nghệ mạng sóng viba • Các hệ mạng dùng sóng viba có tốc độ truyền cao hơn các hệ dùng sóng radio • Yêu cầu giữa các thiết bị truyền nhận không có vật cản • Có 2 loại: • Mặt đất: Terrestrial • Vệ tinh: Satellite Các khái niệm mạng cơ bản

48. Hệ thống sóng viba mặt đất • Các tín hiệu sóng viba mặt đất yêu cầu không vật cản trên đường truyền • Các thiết bị truyền nhận thường đặt trên nóc những toà nhà cao tầng hoặc trên đỉnh núi • Dùng các tín hiệu hẹp ở tần số rất cao • Sóng viba có thể truyền xa qua các lục địa nếu có các tháp ăngten thu phát đặt liên tiếp nhau • Xem hình 3-8 Các khái niệm mạng cơ bản

49. Các đặc điểm của mạng LANs/WANs dùng sóng viba Bảng 3-8 Các khái niệm mạng cơ bản

50. Hệ thống sóng viba vệ tinh • Sử dụng những vệ tinh địa tĩnh • Truyền các tín hiệu điện thoại và truyền hình đi xa • Vệ tinh sẽ thu nhận các tín hiệu; và truyền đến các thiết bị nhận • Các vệ tinh địa tĩnh di chuyển 23.000 dặm quanh trái đất • Độ trễ trên đường truyền thay đổi từ 0.5 đến 5 giây Các khái niệm mạng cơ bản