Giáo trình cơ sở kỹ thuật truyền số liệu

SỞ GIÁO DỤC VÁ ĐÁO TẠO HÀ NỘI

GIÁO TRÌNH

Cơ SỞ kỹ thuật

truyền số liệu

DÙNG TRONG CÁC TRƯỜNG TRUNG HỌC CHUYẾN NGHIÊP

Ị)f(rằ

s ỏ GIẢO DỤC VẢ ĐẢO TẠO HÀ NỘI

TRẦN TH Ị NGÂN

GIÁO TRÌNH

C0 sử KỸ THUẬT TRUYỀN ■ ■ stf LIỆU

(Dùng trong các trường THCN)

NHÀ XUẤT BẢN HÀ NỘI - 2007

: - ì ] k ả ĩ \

Lời giới thiêu

A 7 ước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hóa, hiện

1 V đại hóa nhằm đưa Việt Nam trở thành nước công

nghiệp văn minh, hiện đại.

Trong sự nghiệp cách mạng to lớn đó, công tác đào tạo

nhân lực luôn giữ vai trò quan trọng. Báo cáo Chính trị của

Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam tại

Đại hội Đảng toàn quốc lẩn thứ IX dã chỉ rõ: “Phát triển

giáo dục và đào tạo là một trong những động lực quan trọng

thúc đẩy sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa, là điều

kiện để phát triển nguồn lực con người - yếu tố cơ bản để

phát triển xã hội, tăng trưởng kinh tế nhanh và bền vững”.

Quán triệt chủ trương, Nghị quyết của Đảng và Nhà nước

và nhận thức đúng đắn về tầm quan trọng của chương trình,

giáo trình đôi với việc nâng cao chất lượng đào tạo, theo đề

nghị của Sở Giáo dục và Đào tạo Hà Nội, ngày 23/9/2003,

Úy ban nhăn dân thành phố Hà Nội đã ra Quyết định số

5620IQĐ-UB cho phép Sở Giáo dục và Đào tạo thực hiện dề

án biên soạn chương trình, giáo trình trong các trường Trung

học chuyên nghiệp (THCN) Hà Nội. Quyết định này thể hiện

sự quan tăm sâu sắc của Thành ủy, UBND thành phô' trong

việc nâng cao chất lượng đào tạo và phát triển nguồn nhân

lực Thủ đô.

Trên cơ sở chương trình khung của Bộ Giáo dục và Đào

tạo ban hành và những kinh nghiệm rút ra từ tliực tế dào tạo,

Sở Giáo dục vả Đào tạo đã chỉ đạo các trường THCN tổ chức

biên soạn chương trình, giáo trình một cách khoa học, hệ

3

thống và cập nhật những kiến thức thực tiễn phù hợp với đối

tượng học sinh THCN Hà Nội.

Bộ giáo trình này là tài liệu giảng dạy và học tập trong

các trường THCN à Hà Nội, đồng thời lả tài liệu tham khảo

hữu ích cho các trường có đào tạo các ngành kỹ thuật - nghiệp

vụ và đông đảo bạn đọc quan tâm đến vấn để hướng nghiệp,

dạy nghề.

Việc tổ chức biên soạn bộ chương trình, giáo trình này

là một trong nhiều hoạt động thiết thực của ngành giáo dục

và đào tạo Thủ đô đ ể kỷ niệm “50 năm giải phóng Thủ đô",

"50 năm thành lập ngànhỄ’ và hướng tới kỷ niệm "1000 năm

Thăng Long - Hà N ội”.

Sở Giáo dục và Đào tạo Hà Nội chân thành cảm ơn Thành

ủy, UBND, các sở, ban, ngành của Thành phố, Vụ Giáo dục

chuyên nghiệp Bộ Giáo dục và Đào lạo, các nhà khoa học, các

chuyên gia đầu ngành, các giảng viên, các nhà quản lý, các

nhà doanh nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ, đóng góp ý kiến,

tham gia Hội đồng phản biện, Hội đồng thẩm định và Hội

dồng nghiệm thu các chương trình, giáo trình.

Đây là lấn đầu tiên sỏ Giáo dục và Đào tạo Hà Nội tổ

chức biên soạn chương trình, giáo trình. Dù đã hết sức cố

gắng nhưng chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót, bất cập.

Chúng tôi mong nhận được những ý kiến đóng góp của bạn

dọc dể từng bước hoàn thiện bộ giáo trình trong các lần tái

bản sau.

GIÁM ĐỐC SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

4

Lời nói đầu

Truyền số liệu giữa các máy tính xuất hiện không lâu sau khi máy tính cá

nhăn ra đời, tuy nhiên hệ thống thực hiện thời kỳ đầu còn đơn giản. Sự kết họp

giữa máy tính và các hệ thống truyền thông, đặc biệt là viễn thông đã tạo một

sự chuyển biến có tính cách mạng làm thay đổi cả về kỹ thuật và công nghệ

truyền số liệu. Sự kết hợp giữa phần cứng, các giao thức truyền thông và các

thuật toán đã tạo ra các hệ thống truyền số liệu vô cùng hiện đại.

Kỹ thuật truyền sô' liệu là nền tảng ứng dụng và nguồn đối tượng cho

nghiên cứu chuyên sâu trong các chuyên ngành điện tử, viễn thông và công

nghệ thông tin. Mặc dù mang đậm giải pháp cho dịch vụ sô'liệu nhưng kỹ thuật

truyền số liệu ngày nay lại là xuất phát đểm cho đa dịch vụ, một xu thế tất yếu

trong mạng viễn thông hiện đại. Nếu không có những kiến thức căn bản vững

chắc sẽ không có những phát triển và ứng dụng trong các mạng máy tính, viễn

thông dược. Vì vậy, kỹ thuật truyền số liệu là mảng kiến thức không thể thiếu

và nó đã trở thành một môn học quan trọng trong chương trình đào tạo.

Mục tiêu của giáo trình này là cung cấp cho học sinh chuyên ngànlĩ Điện

tử - Viễn thông và Công ngliệ thông tin trong các trường trung học chuyên

nghiệp những kiến tliức cơ bấn nhất về kỹ thuật truyền số liệu, trên cơ sở đó

học sinh có thể tự tìm hiểu và làm việc trong những ngành, chuyên môn có liên

quan. Ngoài ra cuốn sách này cũng rất hữu ích với các cán bộ kỹ thuật trước đây

chưa có điều kiện để được học một cách có hệ thống về kỹ thuật truyền số liệu.

Giáo trình được biên soạn với dung lượng 45 tiết, chia thành 5 cliưcmg:

Chưcmg 1: Tổng quan hệ thống truyền số liệu.

Chương 2: Giao tiếp vật lý.

Chương 3: Giao tiếp kết nối số liệu

Chương 4: Kiểm soát đường nối số liệu.

Chương 5: Các mạng số liệu.

5

Giáo trình được trình bày cơ bản, dễ hiểu, phù hợp với đối tượng học sinh

trung học. Do khuôn khổ có hạn, một số nội dung chỉ có thể được giới thiệu

tóm tắt. Vì thế người dạy và người học cẩn tham khảo thêm các tài liệu liên

quan vcrí ngành học để việc sử dụng giáo trình có hiệu quả hơn.

Do hạn chế về thời gian và kinh nghiệm biên soạn, giáo trình không thề

tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Vì vậy, rất mong nhận được ý kiến đóng

góp của các bạn đồng nghiệp và độc gid gần xa để giáo trình này ngày càng

hoàn thiện hơn.

Tác giả xin chân thành cám ơn Tiến sĩ Phạm T hế Q uế và Thạc sĩ Phạm

Ngọc Đĩnh đã đọc và đống góp nhiều ý kiến quý báu đ ể giáo trình có thể hoàn

thành.

TÁC GIẢ

6

C h ư ơ n g 1

TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN SỐ LIỆU

Mục tiêu

- Biết sơ đồ khối của một hệ thống truyền số liệu và chức năng của nó.

- Nhớ các khái niệm cơ bản trong truyền số liệu

- Biết ý nghĩa của mô hình OSI với việc thiết kế và xây dụng các hệ thống truyền số liệu

I. HỆ THỐNG TRUYỂN s ố LIỆU

1. Khái niệm thông tin, dữ liệu và tín hiệu

Thông tin (infomation): là khái niệm trừu tượng mô tả những gì đem lại

hiểu biết, nhận thức cho con người.

Dữ liệu (còn gọi là dữ kiện - Data): có thể hiểu là vật liệu thô mang thông

tin. Dữ liệu sau khi được tập hợp lại và xử lý sẽ cho thông tin hữu ích phục vụ

con người. Trong hệ thống truyền tin, thường người ta khống phân biệt dữ liệu

và thông tin.

Tín hiệu (Signal) là thông tin, dữ liệu đã được chuyển đổi, xử lý (bởi các bộ

chuyển đổi hoặc mã hóa ) cho phù hợp với môi trường truyền thông. Tín hiệu

thường chia làm hai loại: tín hiệu tương tự và tín hiệu số.

Tín hiệu tương tự (Analog): là các đại lượng điện có bất kỳ giá trị nào

trong một khoảng thời gian xác định. Tín hiệu tương tự quen thuộc có dạng

hình sin.

Tín hiệu sô' (Digital): là các tín hiệu mà biến độ chỉ có một trong hai giá trị

duy nhất, tương ứng với hai trạng thái logic đặc trưng bởi hai mức logic “0” và

“1” trong hệ thống nhị phán. Một tín hiệu tương tự có thể được số hóa để trở

thành tín hiệu số.

7

2. Hệ thống truyền s ố liệu

Trong cuộc sống, con ngưòi luôn có nhu cầu giao lưu trao đổi thông tin với

nhau, có nghĩa là có nhu cầu truyền tin (communication) với nhau. Nếu không

có giao lưu trao đổi thì sẽ không hình thành tin tức hoặc thông tin.

Một hệ thống mà thông tin được truyển tải từ nơi phát đến nơi nhận được

gọi là hệ thống truyền tin (hệ thống viễn thông - telecommunication).

Mỗi hệ thống truyền tin đều có những đặc trưng riêng nhưng có một đặc

tính chung có tính chất nguyên lý là phải có sự tham gia của ba thành phần cơ

bản của hệ thống: nguồn tin là nơi phát sinh và chuyển thông tin lên môi trường

truyền, môi trường truyền là phương tiện mang thông tin đến nơi nhận tin.

Ngày nay, kết hợp của máy tính với các hệ thống truyẻn tin đã tạo ra sự

chuyển biến có tính cách mạng trong vấn đề khai thác và sử dụng các hệ thống

truyẻn tin. Máy tính với những tính năng vô cùng mạnh mẽ đã trở thành hạt

nhân trong việc xử lý tin, điều khiển các quá trình truy nhập thông tin. Máy

tính và các hệ thống truyền tin tạo thành một hệ thống truyền sô' liệu. Thông tin

trong các hệ thống truyền số liệu là các tín hiệu digital (tín hiệu số). Mạng

truyền xử lý thông tin dưới dạng sô' liệu còn gọi là mạng truyền sô'liệu.

Ngày nay, sự phát triển của kỹ thuật và công nghệ đã tạo ra một bước tiến

dài trong lĩnh vực truyền số liệu. Sự kết hợp giữa phần cứng, các giao thức

truyền thông và các thuật toán đã tạo ra các hệ thống truyền sô' liệu hiện đại.

Hình 1-1: Mô hình hệ thống truyền sô liệu

8

2.1ế DTEb (Data Terminal Equipment - Thiết bị thuè bao dữ liệu)

DTE là một thuật ngữ chung chi các máy của người sử dụng cuối. Trong hệ

thống truyền số liệu hiện đại, DTE có thể là máy tính, máy fax hoặc là trạm

cuối (Terminal). Như vậy tất cả các ứng dụng của ngưòi sử dụng (chương trình,

dữ liệu) đều nằm trong DTE.

Chức năng của DTE thường là nhập, lưu trữ dữ liệu, đóng gói rồi gửi ra

DCE (Data Cứcuit Terminal Equipment- Thiết bị cuối kênh dữ liệu) hoặc nhận

gói dữ liệu từ DCE theo một giao thức (protocol) xấc định. Như vậy mạng

truyền số liệu chính là để nối các DTE lại cho phép chúng ta phân chia tài

nguyên, trao đổi dữ liệu và lưu trữ thông tin dùng chung.

2.2. DCE (Data Circuit Terminal Equipment - Thiết bị cuối kênh dữ

liệu)

DCE là thuật ngữ dùng để chỉ các thiết bị dùng để nối các DTE với các

đưòng (mạng) truyền thông, nó có thể là một Modem, Multiplexer, Card

mạng... hoặc một thiết bị số nào đó (máy tính chẳng hạn nếu máy tính là một

nút mạng và DTE được nối với mạng qua nút mạng đó).

DCE có thể được cài đặt bên trong DTE hoặc đứng riêng như một thiết bị

độc lập. Trong thiết bị DCE thường có các phần mềm được ghi vào bộ nhớ

ROM. Phần mềm và phần cứng của DCE kết hợp với nhau để thực hiện nhiệm

vụ chuyển đổi tín hiệu biểu diễn dữ liệu DTE thành dạng chấp nhận được bởi

đường truyền. Ví dụ, modem chuyển đổi tín hiệu số của mấy tính thành tín

hiệu âm tần hình sin của đường điện thoại và ngược lại.

DTE trao đổi với DCE thông qua một chuẩn giao tiếp nào đó. Việc trao đổi

dữ liệu giữa hai thiết bị DTE phải tuân thủ theo các tiêu chuẩn, dữ liệu phải gửi

theo một định dạng (format) xác định. Thí dụ như chuẩn trao đổi dữ liệu tầng

liên kết dữ liệu của mô hình OSI lớp là HDLC (High level Data Link Control)

2.3. Kênh truyền tin (Chanel)

Kênh truyền tin là môi trường vật lý xác định mà trên đó hai thiết bị DTE

trao đổi dữ liệu với nhau trong phiên làm việc. Mòi trường này truyền tín hiệu

mang tin đồng thời ở đấy cũng xảy ra các tạp nhiễu (noise) phá huỷ tin tức. Để

có thể truyền thông tin trong một môi trường vật lý xác định thì thông tin phải

được chuyển thành tín hiệu thích hợp với môi trường truyền lan ấy.

9

Hình 1-2: Vi dụ về kênh thông tin

Hình 1-2 mô tả một kênh truyền tin giữa hai DTE A và B. Trong môi

trường vật lý này hai DTE (hoặc hai hệ thống mở) được nối với nhau bằng một

đoạn cáp đồng trục và một đoạn cáp sợi quang. Modem c để chuyển đổi tín

hiệu số từ DTE sang tín hiệu tương tự để truyền trong cáp đồng trục. Modem D

lại chuyển tín hiệu đó thành tín hiệu số và qua tranducer E để chuyển đổi từ tín

hiệu sô' sang tín hiệu quang để truyền trên cáp sợi quang và cuối cùng,

tranđucer F lại chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu số để tới DTEB.

IIề CÁC KHÁI NIỆM Cơ BẢN VỂ TRUYỂN s ố LIỆU

1. Các ch ế độ thông tin

Khi một người đang diễn thuyết thì thông tin được truyền đi chỉ theo một

chiều. Tuy nhiên, trong một cuộc đàm thoại giữa hai người thì thông điệp được

trao đổi theo hướng. Các thông điệp này thường được trao đổi lần lượt nhưng

cũng có thể xảy ra đồng thời. Tương tự như thế, khi truyền số liệu giữa hai thiết

bị, có thể dùng một trong 3 chế độ thông tin: đơn công, song công và bán song

công

l ỗl. Đơn công (simplex)

Chế độ thông tin này được dùng khi dữ liệu được truyền chỉ theo một

hướng, bên thu không thông báo được cho bên phát, thậm chí không có khả

năng truyền các tín hiệu giám sát ngược lại. Ví dụ các hệ thống phát thanh

truyền hình, sô' liệu truyền từ máy tính sang máy in.

1.2. Bán song công (half-duplex)

Việc truyền số liệu có thể thực hiện trên cả hai hướng nhưng không phải

10

cùng một lúc. Được dùng khi cả hai thiết bị kết nối với nhau muốn trao đổi

thông tin một cách luân phiên, ví dụ một thiết bị chỉ gửi dữ liệu đáp lại khi đáp

ứng một yêu cầu từ thiết bị kia. Rõ ràng hai thiết bị phải có thể chuyển đổi qua

lại giữa truyền và nhận sau mỗi lần truyền.

1.3. Song còng (full- duplex)

Truyền số liệu cả hai hướng cùng một lúc, được dùng khi số liệu được trao

đổi giữa hai thiết bị theo cả hai hướng một cách đồng then. Có hai cách được

dùng:

Đơn công hai hướng: Các bộ được nối với nhau thành 2 đường dơn công

riêng biệt mỗi đường cho một hướng.

Ghép đường : Các bộ phát trên cùng một kênh nhưng mỗi bộ dùng tần số

khác nhau hoặc phân chia thời gian.

2. Các hình thức truyền

Dữ liệu được truyền đi theo một trong hai hình thức : nối tiếp và song song

2.1. Truyền song song

Là hình thức truyền trong đó các bit của một hay nhiều ký tự có thể được

truyền đồng thời qua các đưcmg dây riêng biệt, và do đó tương ứng với mỗi lần

dịch bit là một hay nhiều ký tự được truyền. Mỗi bit của ký tự cần một đường

dây. Ký tự được tạo ra trước sẽ được truyền trước.

2.2. Truyền nối tiếp

Là hình thức truyền trong đó các bit dữ liệu từ một nguồn được truyền tuẫn

tự nối tiếp nhau qua một đưcmg dây, ký lự được tạo ra trước trong khối dữ liệu

thống nhất muốn được truyền sẽ được truyền trước.

Nhận xét:

- Truyền sô' liệu song song làm cho tốc độ truyền dẫn cao nhưng sử dụng

thiết bị phức tạp, tốn đây nên truyền song song được dùng trên cự ly rất gần, ở

đó cần tốc độ cao như giữa máy tính và đĩa nhớ ngoài. Truyền song song được

sử dụng trong mạng cục bộ chỉ ở trong các trường hợp riêng biệt.

- Truyền nối tiếp được dùng để đưa tín hiệu đi xa vì cần ít đường dây truyền,

thiết bị rẻ, vì vậy, hầu hết các mạng số liệu sử dụng hình thức truyén truyền nối

tiếp.

11