chương 3: m ôi trường truyền dẫn trong mạng

Chương 3:Môi trường truyền dẫn trong

mạng

Các khái niệm mạng cơ bản 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)


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


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 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 đặc điểm chung của cáp

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

Đặc điểm chung


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


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


Truyền Baseband và Broadband (tiếp theo)

Broadband yêu cầu tối thiểu 2 kênh để truyền nhận Có 2 phương pháp tiếp cận:

Broadband chia nửa– chia băng thông của cáp đơn thành 2 kênh với 2 tần số khác nhau

Broadband cáp 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 động baseband vs. broadband


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


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.


Cáp đồng trục (tiếp theo)

Lõi đồng

Lớp cách điện (PVC, T

Lưới kim loại

Vỏ bọc

Hình 3-1 Cáp đồng trục


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


Cáp STP và UTP

2 cặp xoắn đôi

Vỏ bọc Lá kim loại mỏng

Cáp xoắn đôi không có bảo vệ

Cáp xoắn đôi có bảo vệ

Hình 3-3 Cáp STP và UTP

Vỏ bọc


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 là Foil 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.


Đầu nối cáp xoắn đôi

Cả cáp STP vàUTP đều dùng đầu nối RJ-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


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


Cáp quang (tiếp theo)

Lõi sợi quang

Ống thuỷ tinh

Vỏ bảo vệ (jacket)

Đầu nối cáp quang

Hình 3-6 Cáp quang



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


Đặc điểm nổi bật của cáp quang

Đặc điểm Giá trị

Chiều dài cáp cực đại 2km (6562 feet) – 100 km (62.14 dặm

Băng thông 100 Mbps – 1Gbps

Lắp đặt/bảo trì Khó lắp đặt, nhậy với sự căng và đoạn uấn

Chi phí Chi phí cao

Đầu nối ST, SC, MIC, MT-RJ và SMA

An toàn Chống nghe trộm

Tỉ lệ nhiễu Gần như không lỗi

Bảng 3-2 Các đặc điểm của cáp quang



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


Chọn cáp

Băng thông Túi tiền Dung lượng Môi trường mạng

Địa điểm Phạm vi Độ dài đường truyền Yêu cầu cục bộ Nhà sản xuất

Một số điểm cần lưu ý:


Bảng so sánh các đặc điểm chung của cáp

Loại Chiều dài (tối

đa)

Băng thông Lắp đặt Nhiễu Chi phí

UTP 100m 10-100 Mbps Dễ Cao Thấp nhất

STP 100m 16-1000 Mbps Trung bình Trung bình Trung bình

10Base2 185m 10 Mbps Dễ Trung bình Thấp

10Base5 500m 10 Mbps Khó Thấp Cao

Fiber 2-100 km 100 Mbps – 10 Gbps

Trung bình Không Rất cao

Bảng 3-4


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


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.


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


Mạng không dây gia đình

Hình 3-7 Mạng không dây gia đình

Cáp TV từ nhà cung cấp dịch vụ

Modem cáp TV

Cáp xoắn đôi

Điểm truy cập không dây


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 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


Truyền thông trong LAN không dây

Truyền thông trong LAN không dây sử dụng sóng mang trong dải phổ điện từ

Dải phổ được 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 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 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


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 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 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 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 đặc điểm của LAN tần số đơn, bang thông hẹp

Đặc điểm Value

Giải băng tần 902-928 Mhz, 2.4 Ghz, 5.72-5.85 Ghz

Khoảng cách cực đại 50-70 mét (164-230 feet)

Băng thông 1-10 Mbps

Lắp đặt và bảo trì Dễ lắp đặt và bảo trì

Nhiễu Gây nhiễu cao

Chí phí Trung bình

Bảo mật Dễ bị nghe trộm

Bảng 3-4 Các đặc điểm


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 đặc điểm của LAN có tần số đơn, năng lượng cao


Giải tần số 902-928 Mhz, 2.4 Ghz, 5.72-5.85 Ghz

Khoảng cách cực đại Không giới hạn

Băng thông 1-10 Mbps

Lắp đặt/bảo trì Khó, kỹ thuật cao, yêu cầu giấy phép

Nhiễn Gây nhiễu mạnh

Chi phí Đắt

Bảo mật Dễ bị nghe trộm

Bảng 3-5


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)


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


Đặc điểm của LAN dải phổ rộng


Giải tần 902-928 Mhz hoặc 2.4 Ghz

Khoảng cách lớn nhất có thể lên đến vài dặm

Băng thông 1-2 Mbps đối với Frequency-Hopping, 2-6 đối với direct-sequence

Lắp đặt/bảo trì Phụ thuộc nhiều vào thiết bị và phạm vi

Nhiễu Khả năng chống nhiễu ở mức trung bình

Chi phí Trung bình

Bảo mật Không dễ bị nghe trộm

Bảng 3-6


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 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 mạng ở 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 đặc điểm của mạng LAN mở rộng


Giải tần Sóng radio giải phổ rộng, sóng hồng ngoại, sóng laser

Khoảng cách lớn nhất 1-3 dặm cho phạm vi nhỏ, 25 dặm đối với phạm vi rộng

Băng thông 1-6 Mbps với giải phổ rộng, 2-100 đối với sóng hồng ngoại và sóng laser

Lắp đặt/bảo trì Phụ thuộc nhiều vào thiết bị và phạm vi

Nhiễu Khả năng chống nhiễu ở mức trung bình

Chi phí Trung bình


Bảng 3-7


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 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


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 đặc điểm của mạng LANs/WANs dùng sóng viba


Giải tần 4-6 Ghz hoặc 21-23 Ghz

Khoảng cách lớn nhất Từ 1-50 dặm

Băng thông 1-10Mbps

Lắp đặt/bảo trì Khó

Nhiễu Phụ thuộc vào nguồn, khoảng cách, thời tiết

Chi phí Cao

Bảo mật Rất dễ bị nghe trộm, nhưng tín hiệu luôn được mã hoá

Bảng 3-8


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


Hệ thống sóng viba vệ tinh (tiếp theo)

Chi phí rất cao (phóng vệ tinh) Các công ty truyền thông điều hành phần lớn

các vệ tinh này và cho thuê tấn số Truyền thông vệ tinh bao phủ một phạm vi rộng Các thiết thu thích hợp đều có thể nhận được

các tín hiệu này Dữ liệu phải được mã hoá để đảm bảo an toàn Xem bảng 3-9


Các đặc điểm của mạng WAN viba vệ tinh


Giải tần 11-14 Ghz

Khoảng cách lớn nhất Không giới hạn

Băng thông 1-10Mbps

Lắp đặt/bảo trì Rất khó

Nhiễu Nhiễu EM, nhiễu sóng radio, nhiễu do khí quyển

Chi phí Rất cao


Bảng 3-9


Các công nghệ mạng không dây khác

Chun IEEE 802.11b tiếp tục mở rộng về tốc độ truyền

Radio gói di động (Cellular packet radio) của Metricom Inc. thiết lập mạng không dây tại 3 miền trên nước Mỹ Cho phép thiết lập đường truyền tốc độ 2Mbps

Dữ liệu gói kỹ thuật số di động (Cellular Digital Packet Data-CDPA) đã có mặt trong những thành phố chính của Mỹ Cho phép truyền thông tại tốc độ 19.2 Kbps


Các công nghệ mạng không dây khác (tiếp theo)

Hãng Motorola đã thu quy mô kế hoạch Iridium vệ tinh quỹ đạo thấp để phủ sóng toàn thế giới; chi phí quá cao

Các hãng Intel, Nokia, và Unwired Planet hợp tác dựa trên đặc tả băng thông hẹp để kết nối các thiết bị vào Internet

Một số công ty khác như: Winstar Communications Inc, định cung cấp các thiết bị tương tự tốc độ cao cho mạng cáp.

Thị trường mạng không dây phát triển ngày càng tăng


Tóm tắt chương

Cần chú ý: yêu cầu người dùng, chi phí, khoảng cách, băng thông, và môi trường khi chọn phương tiện truyền mạng không dây hay mạng dùng cáp

Chọn công nghệ phù hợp với yêu cầu và sự tăng trưởng của hệ thống

Phương tiện truyền gồm: dây xoắn đôi, cáp đồng trục, và cáp quang

Cáp đồng trục còn được gọi là thinwire hay thickwire Ethernet


Tóm tắt chương (tiếp)

Cả hai loại cáp (đồng trục, cáp quang) sử dụng lõi bằng đồng bao quanh là vỏ bọc cách địện, tiếp đến là đoạn dây bện quanh dùng để giảm nhiễu xuyên âm

Cáp đồng trục là sự lựa chọn tốt cho việc truyền dữ liệu ở khoảng cách trung bình hoặc xa.

Cáp xoắn đôi có 2 loại không có bảo vệ (UTP) và có bảo vệ (STP)

STP hỗ trợ mạng băng thông lớn hơn UTP Cáp quang cung cấp băng thông rất rộng, tuyệt đối

an toàn, hạn chế lỗi, nhưng chi phí cao


Tóm tắt chương (tiếp) Mạng dây cáp truyền tín hiệu trên cả băng thông

rộng và băng thông cơ sở Truyền tin băng thông rộng dùng tín hiệu tương

tự để mang các kênh dữ liệu trên một dây cáp Truyền tin băng thông cơ sở dùng tín hiệu số để

mang một kênh dữ liệu đơn kênh dữ liệu này chiếm toàn bộ dung lượng truyền của cáp

Ngày càng phổ biến, mạng không dây ứng dụng trong cả LAN và WAN, đồng thời hỗ trợ truy cập mạng cho máy xách tay.


Tóm tắt chương (tiếp)

Máy tính xách tay dùng tần số phát thanh để truyền và nhận tín hiệu bằng cách dùng các công nghệ packet-radio, cellular, và vệ tinh

Mạng không dây sẽ phát triển mạnh trong thời gian tới với nhiều chuẩn và công nghệ mới

chương 3: m ôi trường truyền dẫn trong mạng

Documents