2.1 Tổng quan tầng Physical
|
Application
|
|
Transport
|
|
Network
|
|
Link
|
|
Physical
|
Tầng Physical đề cập tới cách thức sử dụng các loại tín hiệu
để biểu diễn và truyền các bit dữ liệu trên phương tiện truyền. Như hình dưới
đây.
Dữ liệu tại thiết bị gửi và thiết bị nhận đều ở dạng số
(digital) (ví dụ: 10110…), tuy nhiên, tín hiệu truyền trên kết nối (ví dụ: dây
dẫn) lại ở dạng tương tự (analog). Vấn đề quan trọng ở đây là làm sao biểu diễn
dữ liệu dạng số bằng tín hiệu ở dạng tương tự. Đây là nhiệm vụ quan trọng nhất
của tầng Physical.
Một số chủ đề cần tìm hiểu liên quan đến tầng Physical:
o
Một số môi trường truyền
- Quá trình truyền tín hiệu
- Điều chế tín hiệu
- Những giới hạn mang tính bản chất
Quan sát một mô hình kết nối đơn giản sau:
Theo mô hình phân tầng của hệ thống mạng, các tầng cao hơn
không quan tâm tới hoạt động chi tiết của tầng bên dưới, mà nó chỉ quan tâm tới
kết quả gửi lên từ tầng bên dưới.
Cụ thể với tầng Physical, có hai độ đo mà các tầng bên trên
quan tâm: một là băng thông (rate, speed, capacity, bandwidth), hai là độ trễ (delay).
- Băng thông là tốc độ gửi (đặt) bit dữ liệu lên kết nối (ví dụ: dây dẫn). Cụ thể, là số bit gửi được lên kết nối trong thời gian một giây.
- Độ trễ là thời gian cần thiết để phần đầu của luồng tín hiệu đi từ nơi gửi đến nơi nhận, tính từ lúc tín hiệu đã được đặt lên kết nối.
Ngoài ra, khi xem xét tầng Physical, người ta còn quan tâm
tới hai yếu tố khác là: có truyền theo kiểu quảng bá (broadcast) không? và tỉ lệ lỗi là bao nhiêu (rate error)? Mạng
không dây sẽ truyền theo kĩ thuật quảng bá, trong khi mạng có dây thì không. Tỉ
lệ truyền lỗi trong cáp quang thấp hơn so với mạng không dây.
Tổng thời gian để truyền một thông điệp (message latency)
Để tính tổng thời gian cần thiết để truyền một thông điệp,
cần quan tâm tới hai giá trị: một là thời gian để đặt dữ liệu lên kết nối
(Transmission delay) và thời gian cần thiết để phần đầu của khối dữ liệu đi đến
nơi nhận (Propagation delay).
Thời gian đặt dữ liệu lên kết nối, kí hiệu T-delay, được
tính bằng công thức:
T-delay = M(bit)/R(bit/second) = M/R (second)
Trong đó,
o M:
độ lớn của thông điệp (bit)
o R:
băng thông của kết nối (bit/second)
Thời gian cần thiết để phần đầu của khối dữ liệu đi từ nơi
gửi đến nơi nhận (trên môi trường có dây), kí hiệu P-delay, được tính bằng công
thức:
P-delay = Length/speed of signal = Length/(2/3C)
= D (second)
Trong đó,
- Length: chiều dài của kết nối (m)
- C: tốc độ của ánh sáng (m/s).
Tổng thời gian để
truyền một thông điệp, kí hiệu L, được tính bằng công thức:
L = M/R + D (second)
Một số đơn vị đo
|
Kí hiệu (tiền tố)
|
Giá trị
|
Kí hiệu (tiền tố)
|
Giá trị
|
|
Kilo (K)
|
10^3
|
Mili (m)
|
10^-3
|
|
Mega (M)
|
10^6
|
Micro (µ)
|
10^-6
|
|
Giga (G)
|
10^9
|
Nano (n)
|
10^-9
|
Thông thường khi nói về băng thông, người ta sử dụng lũy
thừa của 10. Khi nói về dung lượng sử dụng lũy thừa của 2.
Kí hiệu byte là B và bit là b.
Ví dụ: 1 Mbps = 1000 Kbps = 1000 000 bps; 1 KB = 2^10 B =
1024 B.
Ví dụ về tính thời gian truyền
- Cần truyền một khối dữ liệu giữa hai máy tính trong cùng một thành phố, kích thước khối dữ liệu M = 1250 byte, sử dụng kết nối Dialup. Với băng thông R = 56kbps, độ trễ đường truyền D = 5ms. Tính thời gian cần thiết để truyền hết khối dữ liệu.
L =
5 ms + (1250 x 8) / (56 x 10^3) = 184 (ms)
Để ý thấy, độ trễ đường truyền
chiếm một tỉ lệ rất nhỏ trong tổng thời gian cần thiết để truyền hết khối dữ liệu.
Thời gian chủ yếu tiêu tốn vào giai đoạn đặt dữ liệu lên đường truyền.
- Cần truyền một khối dữ liệu giữa hai máy tính ở hai quốc gia khác nhau, kích thước khối dữ liệu M = 1250 byte, sử dụng đường truyền ADSL. Với băng thông R = 10 Mbps, độ trễ đường truyền D = 50 ms. Tính thời gian cần thiết để truyền hết khối dữ liệu.
L =
50 ms + (1250 x 8) / (10 x 10^6) = 51 (ms)
Để ý thấy, độ trễ đường truyền chiếm
phần lớn tổng thời gian cần thiết để truyền hết khối dữ liệu.
Từ hai ví dụ trên ta thấy, khoảng cách xa và tốc độ truyền
thấp đều làm tăng thời gian cần thiết để truyền dữ liệu.
Đường truyền đang chứa bao nhiêu thông tin
Như đã đề cập ở phần trên, bất kì môi trường truyền nào cũng
có độ trễ đường truyền (P-delay), nghĩa là, từ khi các bit được đặt lên đường
truyền thì cũng cần một khoảng thời gian để các bit này đi đến đích. Như vậy,
trên toàn đường truyền cũng đang chứa các bit đang trên đường đến đích. Người
ta gọi lượng thông tin này là Bandwidth-Delay Product. Trong mạng LAN lượng
thông tin này rất nhỏ, với các mạng băng thông lớn, đường truyền dài thì lượng
thông tin này khá lớn.
Bandwidth-Delay (kí hiệu BD) được tính bằng công thức:
BD = R x D
Trong đó:
- BD: dữ liệu đang trên đường truyền (bit)
- R: băng thông (Mbps)
- D: độ trễ (ms)
Ví dụ: xét một mạng cáp quang với R = 40 Mbps, D = 50 ms.
BD = 40 x 10^6 x 50 x 10^-3 = 2 x 10^6 (bit) = 250 (KB)
Tham khảo:
[1] Andrew S. Tanenbaum, David J. Wetherall, Computer Networks 5th
edition, 2011
[2] David J. Wetherall, Introduction
to Computer Networks, www.coursera.org,
2013
------------------------
2013/8/27