--------
Phần sau sẽ trình bày tóm tắt đặc điểm của một số loại đường truyền.
1.2.2.1 Cáp xoắn đôi
Cáp xoắn đôi là loại đường truyền hữu tuyến rẻ nhất và được sử dụng phổ biến nhất. Nó đã được sử dụng hàng trăm năm qua trong hệ thống mạng điện thoại. Thực tế, tới hơn 99% đường kết nối từ điện thoại bàn tới tổng đài sử dụng cáp xoắn đôi. Hầu hết mọi người đã từng thấy loại cáp này ở nhà cũng như ở nơi làm việc. Mỗi cặp xoắn đôi gồm hai sợi dây đồng, mỗi sợi đều có vỏ bọc cách điện, đường kính khoảng 1mm, hai sợi được xoắn lại với nhau. Mục đích của việc xoắn lại để giảm hiện tượng nhiễu điện (electrical interference). Sau đó các cặp dây này được bọc lại bởi một lớp vỏ bảo vệ. Mỗi cặp dây sẽ lập thành một đường truyền thông. UTP (unshielded twisted pair) là loại cáp được sử dụng nhiều trong hệ thống mạng máy tính tại các tòa nhà, cụ thể là hệ thống LAN. Tốc độ truyền dữ liệu của UTP là từ 10 Mbps tới 10 Gbps. Tốc độ truyền dữ liệu phụ thuộc vào loại cáp (category hay CAT) và khoảng cách giữa hai thiết bị.
Khi cáp quang xuất hiện vào những năm 1980, nhiều người đã không còn mặn mà với cáp xoắn đôi vì tốc độ truyền dữ liệu của nó khá chậm. Thậm chí một số người còn cho rằng cáp quang sẽ thay thế hoàn toàn cáp xoắn đôi. Tuy nhiên, các nhà sản xuất cáp xoắn đôi đâu dễ bỏ cuộc, họ đã cải tiến và nâng cấp công nghệ sản xuất, với cáp xoắn đôi CAT6a, tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt tới 10 Gbps với khoảng cách hàng trăm mét. Cuối cùng cắp xoắn đôi vẫn là một lựa chọn quan trọng trong các hệ thống LAN tốc độ cao.
Cáp xoắn đôi cũng đã và đang được sử dụng phổ biến trong việc kết nối Internet tại các hộ gia đình, sử dụng công nghệ dial-up và DSL, cụ thể là đường kết nối từ modem tới điểm đấu nối của nhà cung cấp dịch vụ.
1.2.2.2 Cáp đồng trục
Giống như cáp xoắn đôi, cáp đồng trục cũng có hai đường truyền điện bằng đồng, tuy nhiên, hai đường truyền này không nằm song song với nhau, mà nó được bố trí theo kiểu đồng tâm. Với kiến trúc như vậy, cộng với kĩ thuật cách điện và lớp vỏ bọc đặc biệt, cáp đồng trục có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu cao.
Cáp đồng trục được sử dụng khá phổ biến trong lĩnh vực truyền hình cáp. Như đã trình bày ở phần trước, dựa trên hạ tầng cáp truyền hình, bằng việc sử dụng thêm thiết bị cable modem, các hộ gia đình có thể truy cập được Internet với tốc độ hàng chục Mbps. Trong hệ thống này, thiết bị truyền (transmitter) sẽ chuyển từ tín hiệu số sang tín hiệu tương tự với băng tần cụ thể, sau đó tín hiệu tương tự này được truyền tới một hay nhiều thiết bị nhận (receiver). Cáp đồng trục có thể được sử dụng như một đường truyền chia sẻ hữu tuyến. Nghĩa là, nhiều thiết bị cuối có thể kết nối trực tiếp vào đường cáp, và khi tín hiệu gửi tới một thiết bị, thì các thiết bị còn lại đều nhận được tín hiệu này.
1.2.2.3 Cáp quang
Cáp quang là một loại đường truyền có kích thước nhỏ (nhỏ hơn một sợi tóc – khoảng 8 micromet), linh hoạt. Cáp quang truyền các bit dữ liệu dưới dạng tín hiệu ánh sáng, mỗi tín hiệu ánh sáng đại diện cho một bit dữ liệu. Tốc độ truyền dữ liệu của cáp quang rất lớn, tối đa có thể lên tới hàng chục thậm chí hàng trăm Gbps.
Cáp quang không bị nhiễu bởi tín hiệu điện, điện từ; độ suy giảm tín hiệu rất thấp, do vậy cáp quang có thể truyền tín hiệu đi xa hàng trăm km; rất khó bị đánh cắp thông tin trên đường truyền. Với các đặc điểm này, cáp quang được sử dụng nhiều trong việc truyền dữ liệu đường dài, đặc biệt là đường truyền giữa các quốc gia. Cáp quang cũng được sử dụng phổ biến trong các đường trục chính của Internet. Tuy nhiên, vì giá thành của các thiết bị trong hệ thống cáp quang còn cao, nên nó chưa được triển khai rộng rãi trong các hệ thống LAN hoặc truy cập Internet của các hộ gia đình ở nông thôn, vùng sâu, vùng xa.
Tốc độ của đường truyền cáp quang được đo theo chuẩn OC (Optical Carrier), có giá trị từ 51.8 Mbps tới 39.8 Gbps. Tốc độ đường truyền thường được viết dưới dạng OC-n, trong đó n là tốc độ cơ sở, có giá trị là 51.8 Mbps, vậy tốc độ của một liên kết sẽ bằng n*51.8 Mbps. Các tốc độ phổ biến là OC-1, OC-3, OC-12, OC-24, OC-48, OC-96, OC-192, OC-768.
1.2.2.4 Kênh truyền vô tuyến mặt đất
Các kênh truyền vô tuyến (radio channels) sử dụng phổ điện từ để truyền tín hiệu. Các kênh truyền vô tuyến (hay còn gọi là đường truyền không dây) là loại đường truyền được nhiều người quan tâm hiện nay, vì nó không cần dây dẫn, có thể truyền tín hiệu xuyên tường, cung cấp kết nối cho các thiết bị di động, có thể truyền tín hiệu ở khoảng cách xa. Các đặc tính của một kênh truyền vô tuyến phụ thuộc nhiều vào điều kiện của môi trường truyền và khoảng cách truyền tín hiệu. Môi trường truyền ảnh hưởng tới độ suy hao đường truyền do khoảng cách (path loss), sự biến đổi tín hiệu do vật cản (shadow fading), sự biến đổi tín hiệu do hiệu ứng đa đường truyền (multipath fading), và hiện tượng nhiễu tín hiệu. Fading là hiện tượng tại “thiết bị thu” nhận được đồng thời hai hay nhiều sóng cùng đến một lúc, các sóng này xuất phát cùng một nguồn nhưng đi theo nhiều đường khác nhau[1].
Kênh truyền vô tuyến mặt đất có thể chia thành ba nhóm: nhóm hoạt động ở khoảng cách ngắn (khoảng một hoặc hai mét), tạm gọi là kênh truyền ngắn; nhóm hoạt động trong một vùng cục bộ (khoảng mười đến vài trăm mét), tạm gọi là kênh truyền cục bộ; và nhóm hoạt động trong phạm vi rộng (khoảng cách tới mười ki lô mét), tạm gọi là kênh truyền diện rộng. Ví dụ, các thiết bị sử dụng kênh truyền ngắn gồm: tai nghe không dây, bàn phím không dây, các thiết bị y tế không dây. Công nghệ LAN không dây (WLAN) sử dụng kênh truyền cục bộ. Công nghệ mạng điện thoại di động sử dụng kênh truyền diện rộng.
1.2.2.5 Kênh truyền vô tuyến vệ tinh
Vệ tinh truyền thông (hay vệ tinh thông tin, tiếng Anh là communication satellite) kết nối hai hay nhiều bộ thu/phát sóng vi ba trái đất, còn được gọi là các trạm mặt đất[2]. Vệ tinh sẽ nhận tín hiệu truyền ở một tần số, tái tạo tín hiệu và truyền đi ở một tần số khác. Hai loại vệ tinh được sử dụng trong truyền thông là: vệ tinh địa tĩnh (geostationary satellites) và vệ tinh quỹ đạo trái đất tầm thấp (low-earth orbiting (LEO) satellites).
Vệ tinh địa tĩnh duy trì cố định ở một điểm (nhìn từ trái đất). Tính chất cố định này có được nhờ việc đặt vệ tinh ở quỹ đạo có độ cao 36000 km so với bề mặt trái đất. Với khoảng cách rất lớn của đường truyền, thời gian tín hiệu đi từ trạm mặt đất tới vệ tinh và từ vệ tinh xuống lại trạm mặt đất mất khoảng 280 mili giây. Tuy nhiên, đổi lại, tốc độ của đường truyền có thể đạt được là hàng trăm Mbps, nên đường truyền vệ tinh vẫn được sử dụng để truy cập Internet ở những nơi không thể sử dụng công nghệ DSL hoặc công nghệ truyền hình cáp.
Vệ tinh LEO được đặt ở rất gần bề mặt trái đất[3] (400 km) so với vệ tinh địa tĩnh, vệ tinh này không duy trì ở một điểm cố định (nhìn từ trái đất). Chúng quay quanh trái đất (giống như mặt trăng) và có khả năng giao tiếp với vệ tinh khác cũng như với các trạm mặt đất. Để duy trì liên tục miền phủ sóng trên một vùng, cần đặt nhiều vệ tinh trên quỹ đạo. Hiện tại có rất nhiều các hệ thống truyền thông tầm thấp đang được phát triển. Trong tương lai, công nghệ vệ tinh LEO có thể được sử dụng để truy cập Internet.
1.3 Phần lõi của mạng
Ở phần trên đã xem xét phần biên của mạng Internet, phần này sẽ tìm hiểu sâu thêm một chút nữa về hệ thống mạng, đó là phần lõi của nó, tạm gọi là mạng lõi (network core). Mạng lõi là một mạng lưới các liên kết và các thiết bị chuyển mạch gói, mục đích là để kết nối các hệ thống cuối của Internet. Trong Hình 10, mạng lõi chính là phần mạng được đổ bóng bằng nét đậm.
1.3.1 Chuyển
mạch gói
Trong một ứng dụng mạng, các hệ thống cuối sẽ trao đổi thông
điệp (message) với nhau. Thông điệp có thể ở dạng dữ liệu bất kì. Thông điệp có
thể là nội dung của lệnh điều khiển, nội dung của email, ảnh JPEG, tập tin MP3.
Để gửi thông điệp từ hệ thống nguồn (máy gửi) đến hệ thống đích (máy nhận), máy
gửi sẽ chia nhỏ thông điệp cần gửi, có kích thước lớn, thành các khối (chunk)
có kích thước nhỏ hơn, gọi là các gói tin (packet).
Để đi được từ máy gửi tới máy nhận, mỗi gói tin sẽ được gửi
qua đường truyền và các thiết bị chuyển mạch gói. Có hai loại thiết bị chuyển
mạch gói chủ yếu là router và switch (tầng 2). Tại mỗi chặng (communication
link), gói tin được truyền ở chế độ toàn tốc (full rate). Bởi vậy, nếu một máy
gửi hoặc một thiết bị chuyển mạch muốn gửi một gói tin có độ dài là L bit trên đoạn đường truyền có tốc độ
là R bit/giây, thì thời gian cần thiết
để truyền gói dữ liệu sẽ là L/R giây.
1.3.1.1
Truyền kiểu store-and-forward
Hầu hết các thiết bị chuyển mạch gói sử dụng phương pháp
truyền kiểu store-and-forward (lưu tạm và chuyển tiếp). Truyền kiểu
store-and-forward nghĩa là thiết bị chuyển mạch gói sẽ nhận đầy đủ mỗi gói tin,
trước khi gửi gói tin đi. Để hiểu rõ hơn về kiểu truyền này, hãy xem xét một mô
hình mạng đơn giản gồm hai thiết bị cuối, nối với nhau bởi một router, xem Hình 11.
Một router thường có rất nhiều đường kết nối, công việc của
nó đơn giản chỉ là nhận gói tin đến (incoming packet) ở đường vào và chuyển
tiếp gói tin đi (outgoing packet) ở đường ra. Ở ví dụ đơn giản này, router chỉ
có một đường vào và một đường ra. Máy source muốn gửi ba gói tin tới máy destination,
mỗi gói có kích thước là L bit. Như ở
hình minh họa, máy source đã truyền được một phần của gói tin số 1, phần này
được lưu tạm trên router, vì router được thiết lập là truyền theo kiểu
store-and-forward, nên router chưa thực hiện truyền các bit đã nhận được tới đường
truyền. Mà router sẽ lưu các bit đã nhận được (store) và chờ để nhận đủ các bit
của gói tin, sau đó mới bắt đầu truyền đi (forward).
Để hiểu sâu hơn về kiểu truyền store-and-forward, hãy tính
tổng thời gian cần thiết đển truyền một gói tin từ máy source tới máy
destination (Hình
11).
Ở đây sẽ bỏ qua độ trễ của đường truyền, vì thời gian để truyền một bit trên
dây dẫn khá nhỏ, tốc độ truyền gần bằng tốc độ ánh sáng. Tại thời điểm t = 0,
máy source bắt đầu truyền; tới thời điểm L/R,
máy source đã gửi xong gói tin và toàn bộ gói tin đã được nhận và lưu tạm
tại router. Tại thời điểm L/R, do
router đã nhận đủ gói tin, nên nó bắt đầu chuyển tiếp gói tin tới máy
destination; tới thời điểm 2L/R toàn
bộ gói tin đã được chuyển tới máy destination. Vậy tổng thời gian là 2L/R. Nếu router nhận được bit nào là
chuyển ngay (switch) bit đó tới máy destination thay vì lưu lại, thì tổng thời
gian truyền từ máy source tới máy destination sẽ là L/R.
Bây giờ sẽ tính tổng thời gian từ lúc máy source bắt đầu
truyền, cho tới khi máy destination nhận được ba gói tin. Ta đã biết tại thời
điểm L/R, router bắt đầu chuyển tiếp
gói tin đầu tiên, cũng tại thời điểm này máy source đã truyền xong gói tin thứ
nhất và bắt đầu truyền gói tin thứ 2 đi. Vậy tại thời điểm 2L/R, máy destination đã nhận được gói
tin thứ nhất và router đã nhận được gói tin thứ 2. Tương tự, tại thời điểm 3L/R, máy destination đã nhận được hai
gói tin và router đã nhận được gói tin thứ 3. Cuối cùng, tại thời điểm 4L/R, máy destination đã nhận đủ ba gói
tin.
Trong trường hợp tổng quát, để gửi một gói tin từ máy source
tới máy destination, nếu số chặng gói tin phải đi qua là N (nghĩa là gói tin phải đi qua N-1
router), tốc độ truyền trên mỗi chặng là R,
thì tổng thời gian truyền (hay độ trễ), kí hiệu dend-to-end = N*L/R.
----------------
lược dịch
James F. Kurose, Keith W. Ross, Computer Networking – A Top-Down Approach, Pearson, 2013
------------
Cập nhật 2016/6/11
------------
Xem thêm: Mạng máy tính - 5