Bài giảng Truyền dữ liệu

ESC. Kỹ thuật này đƣợc gọi là ký tự độn (character stuffing). Yếu điểm của Kỹ thuật này là nó dựa trên ký tự dạng 8 bits vì thế sẽ không sử dụng đƣợc trong các hệ thống sử dụng chuẩn mã 16 bits hoặc 32 bits nhƣ Unicode chẳng hạn. 3.2.3. Kỹ thuật sử dụng bit độn Kỹ thuật này sử dụng mẫu bit đặc biệt, 01111110, để làm cờ đánh dấu điểm bắt đầu và kết thúc khung.Vấn đề đặt ra nếu trong khung dữ liệu cũng tồn tại mẫu bit đặc biệt, khi đó khung dữ liệu sẽ bị gẫy. Để khắc phục vấn đề đó, khi bên gửi phát hiện có 5 bits 1 liên tiếp trong dữ liệu gửi đi, nó sẽ thêm vào bit 0. Ngƣợc lại, nếu bên nhận phát hiện 5 bits liên tiếp và theo sau bằng một bit 0, nó sẽ loại bỏ bit 0 ra khỏi dữ liệu. Nhờ thế cờ sẽ không xuất hiện trong dữ liệu gửi. Dữ liệu gốc Dữ liệu chuyển lên đường truyền, Dữ liệu nhận sau khi loại bỏ các bit độn 3.3. Kỹ thuật truyền nối tiếp không đồng bộ 3.3.1. Mẫu tín hiệu trong chế độ truyền bất đồng bộ Trong chế độ truyền bất đồng bộ thông tin đƣợc truyền đi dƣới dạng từng ký tự và khoảng cách các ký tự là ngẫu nhiên. Tuy nhiên để tạo sự đồng bộ giữa máy phát và thu, giao thức tầng 2 (Data link protocol) có qui định cụ thể về mẫu tín hiệu trong hệ thống truyền bất đồng bộ nhƣ sau:  Mỗi ký tự gồm một số bit gọi là ký tự dữ liệu, số này có thể là 5 đối với mã Baudot, 7 nếu là mã ASCII (American Standard Code for Information Interchange) và 8 nếu là mã EBCDIC (Extended Binary-Coded Decimal Information Code, mã BCD mở rộng)  Ngoài ra, để tạo sự đồng bộ, kèm theo các bit mã ký tự còn có các bit Start ở trƣớc mỗi ký tự và các bit Stop ở sau mỗi ký tự. . Các bit Start là các bit 0 và các bit Stop là bit 1. Số bit Start luôn luôn là 1 bit còn số bit Stop có thể là 1, 1,5 hoặc 2 bit.  Nếu có thêm bit kiểm soát chẵn lẻ (parity bit) thì bit này nằm trƣớc bit Stop. - 52 - Ở trạng thái nghỉ máy phát luôn phát đi bit 1 gọi là bit nghỉ (idle bit), nhƣ vậy máy thu dò ra bit Start khi có sự biến đổi từ 1 xuống 0, sau đó là một chuỗi bit có số lƣợng theo qui định của giao thức. 3.3.2. Nguyên tắc Bộ ghi dịch là thành phần chính của phần cứng mạch truyền không đồng bộ. Bên phát:  Khi LOAD = “1” dữ liệu vào gồm 8 bit (kể cả bit parity) đƣợc đƣa đồng thời qua 8 đƣờng vào bộ ghi dịch. Trong bộ ghi dịch có sẵn mạch tạo bit start (bit 0) và 2 bit stop (2 bit 1).  Khi LOAD = “0” các bit của ký tự lần lƣợt dịch ra truyền trên đƣờng dây. Vậy bộ ghi dịch hoạt động nhƣ một mạch biến đổi song song thành nối tiếp. Bên thu: có mạch phát hiện bit vào (bit start) để báo hiệu bắt đầu thu một ký tự.  READ = “0”: các bit trên đƣờng dây đƣợc dịch tuần tự vào bộ ghi dịch (gồm 11 bits: 1 bit start, 8 bits ký tự và 2 bits stop).  READ = “1”:các bit trong bộ ghi dịch (8 bits ký tự) đƣợc đọc một cách song song ở đầu ra. Vậy bộ ghi dịch hoạt động nhƣ một mạch biến đổi nối tiếp thành song song. Do bên phát không phát xung clock phát: CLKT, nên bên thu phải có bộ tạo xung clock thu CLKR riêng, sao cho CLKT = CLKR. Khi đó bên phát và bên thu đƣợc đồng bộ với nhau. Nhaän kyù töï Tính toaùn bit chaün leû Taïo bit chaün leû i = 0 Taïo b t start "0" Treã 1 T Bit phaùt TxD i = i + 1 i = 8 Taïo bit stop TxD = 1 Treã 2 T Veà chöông trình chính Chöông trình con phaùt YES NO - 53 - Hiện nay do kỹ thuật chế tạo phát triển nhiều mạch LSI trên thị trƣờng đáp ứng các chuẩn truyền không đồng bộ nhƣ UART 6402, 8251, 6850. Ta có thể thực hiện thu phát bất đồng bộ bằng phần mềm thay cho phần cứng, nhƣng bị hạn chế về tốc độ (Sơ đồ thể hiện tại trang trƣớc). 3.4. Kỹ thuật truyền nối tiếp đồng bộ 3.4.1. Khái quát Việc thêm các start bit và nhiều stop bit vào mỗi một ký tự hay byte trong thông tin nối tiếp bất đồng bộ làm cho hiệu suất truyền giảm xuống, đặc biệt là khi truyền một thông điệp gồm một khối ký tự. Mặt khác phƣơng pháp đồng bộ bit đƣợc dùng ở đây trở lên thiếu tin cậy khi gia tăng tốc độ truyền. Vì lí do này ngƣời ta đƣa ra phƣơng pháp mới gọi là truyền đồng bộ, truyền đồng bộ khắc phục đƣợc những nhƣợc điểm nhƣ trên .Tuy nhiên, cũng giống nhƣ truyền bất đồng bộ chúng ta chỉ cho phép những phƣơng pháp nào cho phép máy thu đạt đƣợc sự đồng bộ bit , đồng bộ ký tự và đồng bộ frame. Trong thực tế có hai lƣợc đồ truyền nối tiếp đồng bộ: truyền đồng bộ định hƣớng bit và truyền đồng bộ định hƣớng ký tự. 3.4.2. Nguyên tắc đồng bộ bit. Sự khác nhau cơ bản của truyền bất đồng bộ và đồng bộ là đối với truyền bất đồng bộ đồng hồ thu chạy bất đồng bộ với tín hiệu đến, còn truyền đồng bộ thì đồng hồ thu chạy đồng bộ với tín hiệu đến, các start bit và stop bit không đƣợc dùng, thay vì vậy mỗi frame đƣợc truyền nhƣ là dòng liên tục các ký số nhị phân. Máy thu đồng bộ bit trong hai cách .Hoặc là thông tin định thời đƣợc nhúng vào trong tín hiệu truyền và sau đó đƣợc tách ra bởi máy thu, hoặc máy thu có một đồng hồ cục bộ đƣợc giữ đồng bộ với tín hiệu thu nhờ một thiết bị gọi là DPLL (Digital Phase Lock-Loop). Nhƣ chúng ta sẽ thấy, DPLL lợi dụng sự chuyển trạng thái từ bit 1->0 hay từ 0 ->1 trong tín hiệu thu để duy trì sừ đồng bộ qua một khoảng thời gian định kì nào đó.Lƣợc đồ lai ghép là kết hợp cả hai cách Các phƣơng pháp đồng bộ xung đồng hồ Mã hoá xung đồng hồ Dùng DPLL - 54 - Phối hợp cả hai cách 3.3.3 Truyền đồng bộ định hướng ký tự. Có hai kiểu điều khiển truyền đồng bộ: đồng bộ định hƣớng ký tự và đồng bộ định hƣớng bit. Cả hai đều dựng các nguyên tắc đồng bộ bit giống nhau. Khác nhau chủ yếu giữa hai lƣợc đồ là phƣơng pháp đƣợc dựng để đạt đƣợc sự đồng bộ ký tự và đồng bộ frame. Truyền đồng bộ định hƣớng ký tự đƣợc dựng chủ yếu để truyền các khối ký tự, nhƣ là các tập tin dạng text. Vì không có start bit hay stop bit nên phƣơng pháp này sử dụng kỹ thuật định khung sử dụng byte làm cờ và các byte độn. Để thực hiện đồng bộ này, máy phát thêm vào các ký tự điều khiển truyền, gọi là các ký tự đồng bộ SYN, ngay trƣớc các khối ký tự truyền. Các ký tự điều khiển này phải có hai chức năng: trƣớc hết, chúng cho máy thu thu duy trì đồng bộ bit, thứ hai, khi điều khiển đó đƣợc thực hiện, chúng cho phép máy thu bắt đầu biên dịch luồng bit theo các danh giới ký tự chính xác_sự đồng bộ ký tự. Sự đồng bộ frame đạt đƣợc theo phƣơng thức giống nhƣ truyền bất đồng bộ bằng cách đúng gửi khối ký tự giữa cặp ký tự điều khiển truyền STX-ETX. Các ký tự điều khiển SYN thƣờng đƣợc dựng bởi bộ thu để đồng bộ ký tự thì đứng trƣớc ký tự STX (start of frame) Khi máy thu đó đƣợc đồng bộ bit thì nó chuyển vào chế độ làm việc gọi là chế độ bắt số liệu. Khi bộ thu vào chế độ bắt số liệu, nó bắt đầu dịch dòng bit trong một cửa sổ 8 bit khi tiếp nhận một bit mới. Bằng cách này, khi nhận đƣợc mỗi bit, nó kiểm tra xem 8 bit sau cùng có đỳng bằng ký tự đồng bộ hay không. Nếu không bằng, nó tiếp tục thu bit kế tiếp và lặp lại - 55 - thao tác kiểm tra này. Nếu tìm thấy ký tự đồng bộ, các ký tự tiếp đƣợc đọc sau mỗi 8 bit thu đƣợc. Khi ở trong trạng thái đồng bộ ký tự, máy thu bắt đầu xử lý mỗi ký tự thu nối tiếp để dò ra ký tự STX đầu frame. Khi phát hiện một STX, máy thu xử lý nhận nội dung frame và chỉ kết thúc công việc này khi phát hiện ra ký tự ETX. Trên một liên kết điểm-nối-điểm, thông thƣờng máy phát sẽ quay trở lại truyền các ký tự SYN để máy thu duy trì cơ cấu đồng bộ. Dĩ nhiên, toàn bộ thủ tục trên đều phải đƣợc lặp lại mỗi khi truyền một frame mới. Khi dữ liệu nhị phân đang đƣợc truyền, sự trong suốt dữ liệu đạt đƣợc giống nhƣ phƣơng pháp đó đƣợc mụ tả trong mục nguyờn tắc đồng bộ frame trƣớc đây, có nghĩa là dựng một ký tự DLE chèn vào trƣớc STX và ETX, và chèn một DLE vào bất cứ vị trí nào trong nội dung có chứa một DLE. Trong trƣờng hợp này, các ký tự SYN đứng trƣớc ký tự DLE đầu tiên. 3.4.4 Truyền đồng bộ định hướng bit. Việc dựng một cặp ký tự bắt đầu và kết thúc một frame để đồng bộ frame, cùng với việc thêm vào các ký tự DLE không hiệu quả cho việc truyền số liệu nhị phân. Hơn nữa, dạng của các ký tự điều khiển truyền thay đổi theo các bộ mã ký tự khác nhau, vì vậy chỉ có thể sử dụng với một bộ ký tự. Để khắc phục các vấn đề này ngƣời ta dựng lƣợc đồ truyền đồng bộ định hƣớng bit. Lƣợc đồ này đƣợc xem nhƣ lƣợc đồ điều khiển dựng cho việc truyền các frame dữ liệu gồm dữ liệu in đƣợc và dữ liệu nhị phân.Ba lƣợc đồ định hƣớng bit chủ yếu. Chúng khác nhau chủ yếu ở phƣơng pháp bắt đầu và kết thúc mỗi frame. Bắt đầu và kết thúc một frame bằng một „cờ‟ 8 bit 01111110. Dựng thuật ngữ „định hƣớng bit‟ vì luồng thu đƣợc dò theo từng bit. Do đú về nguyờn lý nội dung của frame không nhất thiết phải là một bội số của bit. Để cho phép máy thu tiếp cận và duy trì cơ cấu đồng bộ bit, máy phát phải gửi một chuỗi các byte idle (nhàn rỗi) 01111111 đứng trƣớc cờ bắt đầu frame.Với NRZI mã hóa bit 0 trong idle cho phép DPLL tại máy thu tiếp cận và duy trì sự đồng bộ đồng hồ. Khi nhận đƣợc cờ khởi đầu frame, nội dung của frame đƣợc đọc và dịch theo các khoảng 8 bit cho đến khi gặp cờ kết thúc frame. Để đạt đƣợc tính trong suốt dữ liệu, cần đảm bảo cờ không đƣợc nhận lầm trong phần nội dung. Vì lý do này ngƣời ta dựng kỹ thuật định khung sử dụng bit độn Mạch thực hiện chức năng này đặt tại đầu ra của thanh ghi PISO. Mạch này chỉ hoạt động trong quỏ trình truyền nội dung của frame. Khi có một tuần tự 5 bit 1 liên tục nó sẽ tự động chèn vào một bit 0 .Bằng cách này sẽ không bao giờ có cờ trong phần nội dung truyền đi. Một mạch tƣơng tự tại máy thu nằm ngay trƣớc lối vào thanh ghi PISO thực hiện chức năng gỡ bỏ bit 0 theo hƣớng ngƣợc lại. Nội dung frame - 56 - Hệ thống đồng bộ Chỉ định chiều dài và ranh giới bắt đầu frame Khi môi trƣờng truyền là môi trƣờng quảng bá và chia sẻ cho tất cả các DTE. Để cho phép tất cả các trạm khác nhau đạt đƣợc sự đồng bộ bit. Trạm truyền đặt vào trƣớc nội dung frame một mẫu bit gọi là mẫu mở đầu _preamble_ bao gồm mƣời cặp 10. Một khi đó đồng bộ, máy thu dò từng dòng bit một cho đến khi tìm thấy byte khởi đầu khung 10101011. Một header cố định xác định phía sau bao gồm địa chỉ, thông tin chiều dài phần nội dung. Do đó, với lƣợc đồ này máy thu chỉ cần đếm số byte thích hợp để xác định sự kết thúc mỗi frame. Sự bắt đầu và kết thúc của mỗi frame đƣợc chỉ định bởi các mẫu mã báo bit không chuẩn. Ví dụ mã Manchester, thay cho truyền một tín hiệu tại giữa thời bit, mức tín hiệu duy trì tại cùng mức nhƣ bit trƣớc trong thời bit hoàn chỉnh (J) hay tại mức ngƣợc (K).Một lần nữa, để phát hiện đầu và cuối frame, máy thu dò từng bit, trƣớc hết phát hiện JK0JK000 và sau đó phát hiện mẫu kết thúc JK1JK111 .Vì các ký hiệu J, K là các mã bit không chuẩn, nên trong phần nội dung của frame sẽ không chứa các ký hiệu này, nhƣ vậy đạt đƣợc sự trong suốt dữ liệu - 57 - 3.4.5 Giao tiếp giữa DTE – DCE trong truyền đồng bộ: Khi tốc độ mạng truyền khoảng 1200 bps thì ngƣời ta dùng truyền đồng bộ, modem đồng bộ đƣợc sử dụng, nó sẽ tạo xung clock thu tự động đồng bộ với dòng dữ liệu. Chuẩn giao tiếp RS232 và RS449 đƣợc sử dụng. Có 4 nguyên tắc đồng bộ: Thiết bị đầu cuối kiểm tra thời gian từng bên riêng. Modem đầu cuối kiểm tra thời gian từng bên riêng. Thiết bị đầu cuối A kiểm tra thời gian 2 bên. Modem A kiểm tra thời gian 2 bên. 3.4.6 Một số giao thức truyền đồng bộ 3.4.6.1: Protocal BISYNC (BSC) Syn Syn SOH Header STX Text ETX BCC Thuộc lớp 2 của hệ thống mở OSI 7 lớp, lớp này có nhiệm vụ kiểm tra sự dịch chuyển thông tin. Tiêu chuẩn BISYNC là protocol kiểm tra theo thứ tự. Thông báo dạng BISYNC đƣợc truyền theo khối, mỗi khối có một hoặc nhiều tín hiệu đồng bộ (SYN). Mã đƣợc dùng trong BISYNC là mã ASCII. Các ký tự điều khiển đƣợc dùng là: Syn: bit đồng bộ SOH (Start Of Header): bắt đầu vùng Header của một đơn vị thông tin chuẩn Header: địa chỉ trạm nhận, tín hiệu ACK, NAK STX (Start Of Text): sự kết thúc của Header và bắt đầu dữ liệu (văn bản) Text: nội dung dữ liệu truyền ETX (End Of Text): kết thúc vùng dữ liệu BCC (Block Check Character): kiểm tra khối dữ liệu theo phƣơng pháp Parity theo VRC và LRC các bit từ STX đến ETX ENQ (Enquiry): yêu cầu phúc đáp từ một trạm xa Thông báo BISYNC có dạng: TEXT: nội dung của thông báo. HEADER: ghi địa chỉ ngƣời nhận và ACK/NAK khi cần thiết. BCC: byte ký tự kiểm tra khối, thƣờng là ký tự xét tổng kiểm tra chẵn lẻ. Khi phía thu nhận toàn khối, bộ phận thu sẽ tính BCC và so sánh với BCC đã nhận, sau đó nó thông báo ACK hay NAK. Bộ phận phát sẽ phát lại nếu sai (nhận NAK) cho đến khi khối đó nhận đúng. Nhƣ vậy, BISYNC là protocol half-duplex (bán song công), kiểm tra theo byte. 3.4.6.2. Protocol SDLC Là protocol kiểm tra theo bit, nó ít phụ thuộc vào các ký tự. Với một số ký tự dự trữ cho kiểm tra đƣờng dây, SDLC dễ dàng làm cho dãy số liệu truyền trong suốt. Thông tin trong SDLC đƣợc tổ chức theo khung. Flag Address Control User data FCS Flag 8 bits 8 8 n x 8 16/32 8 Flag (cờ): Dùng để truyền tín hiệu đồng bộ, báo cho sự bắt đầu và kết thúc một khung truyền. Giá trị của flag đƣợc qui định “01111110”. Để tránh nhầm lẫn, các byte còn lại không đƣợc xuất hiện liên tiếp 6 bit 1. Bộ phận truyền sẽ nhồi thêm bit “0” sau mỗi cụm 5 bit 1 liên tiếp trong frame. Ở phía thu, sau khi tách flag sẽ tiến hành tách các bit “0”, rồi mới tách địa chỉ, điều khiển, FCS, phần còn lại sẽ là dữ liệu. Address (địa chỉ): Thƣờng có độ dài 1 byte. Nó dùng để ghi địa chỉ của trạm thứ 2. Địa chỉ FF dùng cho tất cả các terminal trong mạng. - 58 - Control (điều khiển): Có độ dài 8 bit, có 3 loại khung: Khung thông tin (I - Information): mang dữ liệu cần truyền cho trạm. Dữ liệu đƣợc dùng có kiểm tra vùng, kiểm tra sai sử dụng ARQ. Khung giám sát (S - Supervisory): chính số đếm khung (phát và thu), trả lới ACK/NAK, thông báo bận để điều khiển sai và điều khiển luồng . Khung không đếm số (U - Unnumber): dùng để quản lý đƣờng nối nhƣ thiết lập mạch, giải phóng mạch, thử trạm … User data (dữ liệu của người sử dụng): Có thể có độ dài tùy ý nhƣng trong khi sử dụng nó tùy thuộc vào số byte của SDLC quy định. FCS (Frame check sequense – Kiểm tra): Có độ dài 16 bit, CRC có đa thức sinh g(x)=x16 +x12 +x5+1 3.4.6.3. Protocol HDLC Protocol HDLC hoàn toàn giống nhƣ SDLC. SDLC do tổ chức tiêu chuẩn quốc tế (ISO), còn HDLC do Uy ban tƣ vấn quốc tế về telephone và telegraph CCITT đề xuất sử dụng X25 trong mạng chuyển mạch gói. Cấu trúc vùng điều khiển của HDLC: Bit 1 2 3 4 5 6 7 8 Dạng I 0 N(S) P/F N(R) S 1 0 S S P/F N(R) U 1 1 M M P/F M N(S): chỉ ra bộ đếm dãy phát; N(R) chỉ ra bộ đếm dãy nhận. Thông thƣờng N(R) = N(S) +1. P/F: bit chỉ thị: P = 1: sơ cấp điều khiển thứ cấp. F = 1: thứ cấp trả lời sơ cấp. Đối với HDLC mở rộng có thể có nhiều byte địa chỉ. Bit đầu tiên của các byte địa chỉ là “0”, chỉ có byte cuối cùng của vùng địa chỉ có bit đầu tiên là “1”. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 8n 0 0 … 1 Nếu byte địa chỉ có giá trị “11111111”, nghĩa là sơ cấp sẽ gửi frame đó cho tất cả các thứ cấp trong mạng. Vùng kiểm tra của HDLC mở rộng thì có 2 byte nhƣ sau: Mỗi một I frame gồm có số thứ tự của frame phát (N(S)) cũng nhƣ sự phụ thuộc vị trí của ACK. ACK là số thứ tự của frame tiếp theo sẽ đƣợc chấp nhận (N(R)). Cửa sổ cực đại đƣợc chấp nhận là 7 = 23 – 1 đối với HDLC và 127 = 27 – 1 đối với HDLC mở rộng (trừ trạng thái toàn 0). Dãy kiểm tra khung (FCS) thƣờng có 16 bit CRC hoặc 32 bit CRC. Quá trình tạo thành (đóng khung) và khôi phục (mở khung) HDLC gồm các bƣớc nhƣ sau: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Dạng I 0 N(S) P/F N(R) Dạng S 1 0 S S 0 0 0 0 P/F N(R) Dạng U 1 1 M M U M M M P/F X X - 59 - 3.5. Các kỹ thuật truy nhập đƣờng truyền 3.5.1 Phương pháp chia kênh Ý tƣởng chung của phƣơng pháp này là: đƣờng truyền sẽ đƣợc chia thành nhiều kênh truyền, mỗi kênh truyền sẽ đƣợc cấp phát riêng cho một trạm. Có ba phƣơng pháp chia kênh chính: FDMA, TDMA, CDMA. 3.5.1.1 Chia tần số (FDMA – Frequency Division Multiple Access) Một phƣơng thức truyền thống để chia sẻ một kênh truyền đơn cho nhiều ngƣời dùng cạnh tranh là chia tần số (FDMA). Phổ của kênh truyền đƣợc chia thành nhiều băng tần (frequency bands) khác nhau. Mỗi trạm đƣợc gán cho một băng tần cố định. Những trạm nào đƣợc cấp băng tần mà không có dữ liệu để truyền thì ở trong trạng thái nhàn rỗi (idle). Ví dụ: Một mạng có sáu trạm, các trạm 1, 3, 4 có dữ liệu cần truyền, các trạm 2, 5, 6 nhàn rỗi. Nhận xét: - Do mỗi ngƣời dùng đƣợc cấp một băng tần riêng, nên không có sự đụng độ xảy ra. Khi chỉ có số lƣợng ngƣời dùng nhỏ và ổn định, mỗi ngƣời dùng cần giao tiếp nhiều thì FDMA chính là cơ chế điều khiển truy cập đƣờng truyền hiệu quả. - Tuy nhiên, khi mà lƣợng ngƣời gửi dữ liệu là lớn và liên tục thay đổi hoặc đƣờng truyền vƣợt quá khả năng phục vụ thì FDMA bộc lộ một số vấn đề. Nếu phổ đƣờng truyền đƣợc chia làm N vùng và có ít hơn N ngƣời dùng cần truy cập đƣờng truyền, thì một phần lớn phổ đƣờng truyền bị lãng phí. Ngƣợc lại, có nhiều hơn N ngƣời dùng có nhu cầu truyền dữ liệu thì một sốngƣời dùng sẽ phải bị từ chối không có truy cập đƣờng truyền vì thiếu băng thông. Tuy nhiên, nếu lại giả sử rằng số lƣợng ngƣời dùng bằng cách nào đó luôn đƣợc giữ ổn định ở con số N, thì việc chia kênh truyền thành những kênh truyền con nhƣ thế tự thân là không hiệu quả. Lý do cơ bản ở đây là: nếu có vài ngƣời dùng rỗi, không truyền dữ liệu thì những kênh truyền con cấp cho những ngƣời dùng này bị lãng phí. 3.5.1.2 Chia thời gian (TDMA – Time Division Multiple Access) Trong phƣơng pháp này, các trạm sẽ xoay vòng (round) để truy cập đƣờng truyền. Vòng ở đây có thể hiểu là vòng thời gian. Một vòng thời gian là khoảng thời gian đủ để cho tất cả - 60 - các trạm trong mạng đều đƣợc quyền truyền dữ liệu. Qui tắc xoay vòng nhƣ sau: một vòng thời gian sẽ đƣợc chia đều thành các khe (slot) thời gian bằng nhau, mỗi trạm sẽ đƣợc cấp một khe thời gian – đủ để nó có thể truyền hết một gói tin. Những trạm nào tới lƣợt đƣợc cấp cho khe thời gian của mình mà không có dữ liệu để truyền thì vẫn chiếm lấy khe thời gian đó, và khoảng thời gian bị chiếm này đƣợc gọi là thời gian nhàn rỗi (idle time). Tập hợp tất cả các khe thời gian trong một vòng đƣợc gọi lại là khung (frame). Mạng dùng cơ chế truy cập đƣờng truyền TDMA trên có sáu trạm. Các trạm 1, 3, 4 có dữ liệu cần truyền. Các trạm 2, 5, 6 nhàn rỗi. Cũng áp dụng cùng một nhận xét về mạng TDMA nhƣ mạng FDMA. Mỗi ngƣời dùng đƣợc cấp phát một khe thời gian. Và nếu ngƣời dùng không sử dụng khe thời gian này để truyền dữ liệu thì thời gian sẽ bị lãng phí. 3.5.1.3 Kết hợp giữa FDMA và TDMA Trong thực tế, hai kỹ thuật TDMA và FDMA thƣờng đƣợc kết hợp sử dụng với nhau, ví dụ nhƣ trong các mạng điện thoại di động. - Các điện thoại di động TDMA sử dụng các kênh 30 KHz, mỗi kênh lại đƣợc chia thành ba khe thời gian. Một thiết bị cầm tay sử dụng một khe thời gian cho việc gửi và một khe khác cho việc nhận dữ liệu. Chẳng hạn nhƣ các hệ thống: Cingular (Nokia 8265, TDMA 800/ 1900 MHz, AMPS 800 mHz), AT&T Wireless. - Hệ thống GSM sử dụng các kênh 200 KHz đƣợc chia thành 8 khe thời gian. Một thiết bị cầm tay sẽ sử dụng một khe thời gian trong hai kênh khác nhau để gửi và nhận thông tin. Các hệ thống Cingular, T-Mobile, AT&T đang chuyển sang dùng kỹ thuật này. 3.5.2 Phương pháp truy cập đường truyền ngẫu nhiên (Random Access) Trong phƣơng pháp này, ngƣời ta để cho các trạm tự do tranh chấp đƣờng truyền chung để truyền từng khung dữ liệu một. Nếu một trạm cần gửi một khung, nó sẽ gửi khung đó trên toàn bộ dải thông của kênh truyền. Sẽ không có sự phối hợp trình tự giữa các trạm. Nếu có hơn hai trạm phát cùng một lúc, “đụng độ” (collision) sẽ xảy ra, các khung bị đụng độ sẽ bị hƣ hại. Giao thức truy cập đƣờng truyền ngẫu nhiên đƣợc dùng để xác định: Làm thế nào để phát hiện đụng độ. Làm thế nào để phục hồi sau đụng độ. Có hai phiên bản của ALOHA: Slotted ALOHA (đƣợc chia khe) và Pure ALOHA (thuần túy): Slotted ALOHA Thời gian đƣợc chia thành nhiều slot có kích cỡ bằng nhau (bằng thời gian truyền một khung). Một trạm muốn truyền một khung thì phải đợi đến đầu slot thời gian kế tiếp mới đƣợc truyền. Dĩ nhiên là sẽ xảy ra đụng độ và khung bị đụng độ sẽ bị hƣ. Tuy nhiên, dựa trên tính phản hồi của việc truyền quảng bá, trạm phát luôn có thể theo dõi xem khung của nó phát đi có bị hủy hoại hay không bằng cách lắng nghe kênh truyền. Những trạm khác cũng làm theo cách tƣơng tự. Trong trƣờng hợp vì lý do nào đó mà trạm không thể dùng cơ chế lắng nghe đƣờng truyền, hệ thống cần yêu cầu bên nhận trả lời một khung báo nhận (acknowledgement) - 61 - cho bên phát. Nếu phát sinh đụng độ, trạm phát sẽ gửi lại khung tại đầu slot kế tiếp với xác suất p cho đến khi thành công. Ví dụ minh họa: Có 3 trạm đều muốn truyền một khung thông tin. Pure ALOHA Kỹ thuật Pure ALOHA đơn giản hơn Slotted ALOHA do không có sự đồng bộ hóa giữa các trạm. Mỗi khi muốn truyền một khung thông tin, trạm sẽ truyền nó ngay mà không cần đợi đến đầu của slot thời gian kế tiếp. Vì thế xác xuất bị đụng độ tăng thêm! Nghĩa là khung thông tin đƣợc gửi tại thời điểm t0 sẽ đụng độ với những khung đƣợc gửi trong khoảng thời gian [t0-1, t0+1]. Hình: Minh họa Pure aloha Nhận xét chung về ALOHA: - Hiệu năng thấp do không có thăm dò đƣờng truyền trƣớc khi gửi khung, dẫn đến việc mất nhiều thời gian cho việc phát hiện đụng độ và phục hồi sau đụng độ. - Hoạt động theo kiểu ALOHA có khả năng dẫn đến việc hệ thống bị “chết đứng” do mọi nỗ lực gửi gói tin của tất cả các trạm đều bị đụng độ. Slotted ALOHA trở nên quan trọng với lý do không mấy rành mạch lắm. Nó ra đời vào những năm 1970, đƣợc sử dụng trong một số hệ thống thí nghiệm thời đó, và rồi hầu nhƣ bị lãng quên. Và khi công nghệ truy cập Internet không qua cable đƣợc phát minh, đột nhiên lại phát sinh vấn đề làm sao để cấp phát đƣờng truyền đƣợc chia sẻ cho nhiều ngƣời dùng cạnh tranh, Slotted ALOHA lại đƣợc cái tiến thành các giáo thức tối ƣu hiện đang sử dụng trong mạng Lan là CSMA và CSMA/CD CSMA/CA. 3.5.3 Phương pháp phân lượt truy cập đường truyền Hai phƣơng pháp điều khiển truy cập đƣờng truyền “chia kênh” và “truy cập ngẫu nhiên” đều có những điểm hay và hạn chế: - Trong các giao thức dạng chia kênh, kênh truyền đƣợc phân chia một cách hiệu quả và công bằng khi tải trọng đƣờng truyền là lớn. Tuy nhiên chúng không hiệu quả khi tải trọng của đƣờng truyền là nhỏ: có độ trì hoãn khi truy cập kênh truyền, chỉ 1/N băng thông đƣợc cấp cho ngƣời dùng ngay cả khi chỉ có duy nhất ngƣời dùng đó hiện diện trong hệ thống. - Các giao thức dạng truy cập ngẫu nhiên thì lại hoạt động hiệu quả khi tải trọng của đƣờng truyền thấp. Nhƣng khi tải trọng đƣờng truyền cao thì phải tốn nhiều chi phí cho việc xử lý đụng độ. Các giao thức dạng “phân lƣợt” sẽ để ý đến việc tận dụng những mặt mạnh của hai dạng nói trên. - 62 - Ý tƣởng chính của các giao thức dạng “phân lƣợt” là không để cho đụng độ xảy ra bằng cách cho các trạm truy cập đƣờng truyền một cách tuần tự. Về cơ bản, có hai cách thức để “phân lƣợt” sử dụng đƣờng truyền: Thăm dò (polling): Trạm chủ (master) sẽ mời các trạm tớ (slave) truyền khi đến lƣợt. Lƣợt truyền đƣợc cấp phát cho trạm tớ có thể bằng cách: trạm chủ dành phần cho trạm tớ hoặc trạm tớ yêu cầu và đƣợc trạm chủ đáp ứng. Tuy nhiên có thể thấy những vấn đề sẽ gặp phải của giải pháp này là: chi phí cho việc thăm dò, độ trễ do phải chờ đƣợc phân lƣợt truyền, hệ thống rối loạn khi trạm chủ gặp sự cố. Chuyền thẻ bài (token passing): Thẻ bài điều khiển sẽ đƣợc chuyển lần lƣợt từ trạm này qua trạm kia. Trạm nào có trong tay thẻ bài sẽ đƣợc quyền truyền, truyền xong phải chuyền thẻ bài qua trạm kế tiếp. Những vấn đề cần phải quan tâm: chi phí quản lý thẻ bài, độ trễ khi phải chờ thẻ bài, khó khăn khi thẻ bài bị mất. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 3.1. Giả sử 2 trạm A và B cần truyền dữ liệu cho nhau theo giao thức BSC với tình huống sau: Trạm A cần truyền 4 ký tự dữ liệu cho trạm B, trong khi đó trạm B cũng cần truyền 02 ký tự cho trạm A. Hãy vẽ sơ đồ đơn giản minh hoạ việc trao đổi dữ liệu giữa 2 trạm khi trạm A chủ động yêu cầu truyền trƣớc 3.2. Giả sử 2 trạm A và B cần truyền dữ liệu cho nhau theo giao thức BSC với tình huống sau: Trạm A cần truyền 3 ký tự dữ liệu cho trạm B, trong khi đó trạm B cũng cần truyền 04 ký tự cho trạm A. Hãy vẽ sơ đồ đơn giản minh hoạ việc trao đổi dữ liệu giữa 2 trạm khi trạm B chủ động yêu cầu truyền trƣớc 3.3. Cho chuỗi ký tự cần truyền dạng mã ASCII mở rộng là “TRUONGDHHHVN”. Trạm gửi sẽ đóng gói chuỗi ký tự trên theo khuôn dạng dữ liệu của giao thức HDLC thành các frame để truyền đi, mỗi Frame chứa 02 ký tự. Anh, chị hãy cho biết giá trị các bít của trƣờng điều khiển (Control) trong các frame đƣợc truyền. 3.4. Giả sử bên nhận đã thu đƣợc 01 fram