Tải bản đầy đủ

Mô hình OSI Môn Truyền số liệu

CHƯƠNG 3
MÔ HÌNH OSI
Được thành lập vào năm 1947, tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO là một tổ
chức đa quốc gia hỗ trợ việc đưa ra các tiêu chuẩn quốc tế thuộc mọi lĩnh vực.
Một tiêu chuẩn ISO bao gồm tất cả các khía cạnh về truyền thông mạng là mô
hình hệ thống liên mạng mở OSI – Open Systems Interconnection. Một hệ thống
mở là một hệ thống cho phép bất kỳ hai hệ thống khác nhau nào cũng có thể liên
lạc với nhau mà không phụ thuộc vào kiến trúc hạ tầng của chúng. Các giao thức
của một nhà sản xuất cụ thể nào đó mang tính đóng giữa các hệ thống không
liên quan. Mục đích của mô hình OSI là mở kết nối giữa các hệ thống khác nhau
mà không yêu cầu thay đổi logic về hạ tầng phần mềm và phần cứng. Mô hình
OSI không phải là một giao thức cụ thể; Nó là một mô hình nhằm xây dựng và
thiết kế một kiến trúc mạng linh động, chắc chắn và vận hành tốt.
ISO là tổ chức, OSI là mô hình.
3.1 MÔ HÌNH OSI

Mô hình OSI là khung công việc được phân tầng cho việc thiết kế các hệ
thống mạng cho phép truyền thông qua tất cả các loại hệ thống máy tính. Nó bao
gồm 7 tầng riêng biệt nhưng lại liên quan lẫn nhau, mỗi tầng định nghĩa một
phân đoạn của quá trình truyền thông tin qua một mạng (xem hình 3.1). Việc
hiểu các kiến thức cơ bản về mô hình OSI cung cấp cho chúng ta kiến thức nền

tảng cho việc khám phá kỹ thuật truyền số liệu.
Kiến trúc phân tầng
Mô hình OSI được xây dựng gồm 7 tầng theo thứ tự: Tầng vật lý (tầng 1),
tầng liên kết dữ liệu (tầng 2), tầng mạng (tầng 3), tầng giao vận (tầng 4), tầng
1


phiên (tầng 5), tầng trình diễn (tầng 6) và tầng ứng dụng (tầng 7). Hình 3.2 thể
hiện mối quan hệ giữa các tầng với nhau khi một thông điệp được gửi từ thiết bị
A sang thiết bị B. Khi thông điệp di chuyển từ thiết bị A sang thiết bị B, nó có
thể qua nhiều các nút tức thời. Những node tức thời này thường chỉ tham gia ở
tầng 3 của mô hình OSI. Trong phát triển mô hình, người thiết kế từng bước
chuyển dần quá trình truyền dữ liệu xuống các phần tử cơ bản nhất của nó.
Chúng xác định những chức năng mạng nào liên quan cần sử dụng và tập hợp
những chức năng này thành các nhóm rời nhau để cuối cùng tạo thành các tầng.
Mỗi tầng định nghĩa một họ các chức năng phân biệt với các chức năng của các
tầng khác. Bằng cách định nghĩa và cục bộ hóa chức năng, nhà thiết kế đã tạo ra
một kiến trúc dễ hiểu đồng thời cũng rất linh động. Quan trong hơn, mô hình
OSI cho phép sự trong suốt hoàn chỉnh giữa các hệ thống không tương thích.
Hình 3.2. Các tầng của mô hình OSI

Các quá trình đồng đẳng (Peer to Peer process)
Bên trong một máy tính đơn, mỗi tầng gọi các dịch vụ của tầng ngay bên
dưới. Ví dụ, tầng 3 sử dụng các dịch vụ được cung cấp bởi tầng 2 và cung cấp
dịch vụ cho tầng 4. Giữa các máy tính, tầng x trên một máy kết nối với tầng x
trên một máy khác. Kiểu kết nối này được chi phối bởi một chuỗi các luật và
quy ước được gọi là các giao thức. Các quá trình trên từng máy có kết nối tại
tầng được cho gọi là các quá trình đồng đẳng. Kết nối giữa các máy tính theo đó
là một quá trình đồng đẳng sử dụng các giao thức thích hợp cho một tầng cụ thể.
Ở tầng vật lý, kết nối là trực tiếp: Máy tính A gửi một dòng các bit tới
máy B. Tuy nhiên, kết nối tại các tầng cao hơn phải được chuyển xuống thông
qua các tầng trên máy A đến máy B và sau đó được chuyển ngược lên qua các
tầng. Mỗi khớp trong máy gửi bổ xung thông tin của chính nó và thông điệp mà
nó nhận từ tầng ngay trên nó và truyền toán bộ thông điệp đó xuống tầng ngay
dưới nó. Thông tin này được thêm vào dưới dạng là các phần đầu – header của
2


thông điệp hoặc phần đuôi – trailer của thông điệp (dữ liệu điều khiển được bổ
sung vào header hoặc trailer của một thông điệp). Các header được bổ xung vào

thông điệp tại các tầng 6,5,4, 3 và 2. Phần trailer được bổ xung ở tầng 2.
Ở tầng 1, toàn bộ thông điệp được chuyển sang một dạng mà có thể được
truyền đi đến máy nhận. Tại máy nhận, gói tin được mở ra theo từng tầng, cùng
với quá trình nhận và xóa bỏ dữ liệu được dành cho tầng đó. Ví dụ, tầng 2 bỏ dữ
liệu dành cho nó, sau đó truyền tiếp phần còn lại của dữ liệu lên tầng 3. Tầng 3
loại bỏ dữ liệu dành cho nó và truyền tiếp phần còn lại của dữ liệu lên tầng 4…
vân vân.
Giao diện giữa các tầng
Việc truyền dữ liều và thông tin về mạng xuống dưới qua các tầng của
máy gửi và chuyển ngược lên qua các tầng của máy nhận có thể được thực hiện
nhờ vào một giao diện giữa mỗi cặp tầng kề nhau. Mỗi giao diện xác định thông
tin và dịch vụ nào mà một tầng phải cung cấp cho tầng trên nó. Các giao diện và
các chức năng của tầng được xác định rõ ràng sẽ cung cấp tính mô đun cho một
mạng. Chừng nào một tầng còn cung cấp các dịch vụ cần thiết tới tầng trên nó,
thì những thực thi cụ thể của chính các chức năng của tầng đó có thể được sửa
đổi và thay thế mà không yêu cầu sự thay đổi nào đối với các tầng xung quanh.
Cách tổ chức của các tầng trong mô hình OSI
7 tầng trong mô hình OSI có thể xem xét dưới dạng thuộc 3 nhóm con.
Tầng 1,2 và 3 (Tầng vật lý, liên kết dữ liệu và tầng mạng) là các tầng hỗ trợ
mạng; chúng liên quan đến khía cạnh về truyền dữ liệu từ một thiết bị sang thiết
bị khác (Ví dụ như là các đặc tả về điện, kết nối vật lý, địa chỉ vật lý, tính tin cậy
và thời gian giao vận. Các tầng 5,6,7 bao gồm tầng phiên, tầng trình diễn và tầng
ứng dụng có thể xem là các tầng hỗ trợ người dùng; Chúng cho phép vận hành
đan xen giữa các hệ thống phần mềm không liên quan tới nhau. Tầng 4, tầng
giao vận đảm bảo độ tin cậy của việc truyền dẫn dữ liệu đầu cuối- tới đầu cuối
trong khi tầng 2 đảm bảo độ tin cậy của việc truyền dữ liệu trên một liên kết
đơn. Các tầng phía trên của mô hình OSI hầu như luôn được thực hiện trong
phần mềm; các tầng phía dưới thường là tổ hợp phần mềm và phần cứng, ngoại
trừ tầng vật lý luôn là phần cứng.
Hình 3.3 cho chúng ta một cái nhìn tổng thể của mô hình OSI, L7 data có
nghĩa là đơn vị dữ liệu tại tầng 7, L6 data có nghĩa là đơn vị dữ liệu ở tầng 6…
Quá trình bắt đầu diễn ra tại tầng 7 (tầng ứng dụng), sau đó chuyển tiếp từ tầng
này xuống tầng kia theo trình tự dần xuống. Tại mỗi tầng (Ngoại trừ tầng 7 và
1), một header được bổ sung vào đơn vị dữ liệu. Tại tầng 2, một trailer cũng
được bổ sung. Khi đơn vị dữ liệu được định dạng truyền qua tầng vật lý, nó
được chuyển đổi thành các tín hiệu điện từ và được truyền đi trên đường truyền
vật lý.

3


Hình 3.3. Truyền dữ liệu giữa 2 thiết bị sử dụng mô hình OSI

Ngay khi tín hiệu điện từ được truyền đến đích của nó, nó được truyền
vào tầng một và được chuyển đổi trở lại thành các bit. Các đơn vị dữ liệu sau đó
chuyển ngược lên các tầng trên của mô hình OSI. Khi mỗi khối dữ liệu chuyển
tới tầng cao hơn tiếp theo, các header và trailer mà được đính kèm với đơn vị dữ
liệu ở tầng gửi tương ứng được loại bỏ. Tại thời điểm mà dữ liệu lên đến tầng 7,
thông điệp một lần nữa được định dạng hợp lý cho ứng dụng và sau đó hiện hữu
tới bên nhận.

4


3.2 CHỨC NĂNG CỦA CÁC TẦNG
Trong phần này, chúng tôi mô tả một cách ngắn gọn các chức năng của
từng tầng trong mô hình OSI.
Tầng vật lý
Tầng vật lý bao gồm các chức năng cần thiết để truyền dẫn một dòng bit
qua một phương tiện vật lý. Nó liên quan đến các đặc tả về cơ và điện của giao
diện và phương tiện truyền dẫn. Nó cũng xác định các thủ tục và hàm mà các
thiết bị và giao diện vật lý phải thực hiện khi quá trình truyền dẫn xảy ra. Hình
3.4 thể hiện vị trí của tầng vật lý liên đới tới phương tiện truyền dẫn và tầng liên
kết dữ liệu.
Hình 4.3 Tầng vật lý

• Các đặc điểm vật lý của các giao diện và phương tiện truyền dẫn.
Tầng vật lý xác định các đặc điểm của giao diện giữa các thiết bị và
phương tiện truyền dẫn. Nó cũng xác định kiểu của phương tiện
truyền dẫn.
• Mô tả của các bít. Dữ liệu của tầng vật lý bao gồm một dòng các bít
(một dãy các số 0 và 1). Để có thể được truyền dẫn, các bít phải
được mã hóa thành các tín hiệu điện hoặc quang. Tầng vật lý xác
định kiểu mã hóa ( cách các số 0 và 1 được chuyển đổi thành tín
hiệu).
• Tốc độ truyền dữ liệu. Tốc độ truyền dẫn – số các bit được gửi đi
mỗi giây- cũng được xác định bởi tầng vật lý. Hay nói cách khác,
tầng vật lý xác định khoảng thời gian của một bit xem chuyển bít
đó diễn ra bao lâu.
• Sự đồng bộ của các bit. Bên gửi và bên nhận phải được đồng bộ
hóa ở mức bit. Hay nói cách khác, đồng hồ của bên nhận vào bên
gửi phải được đồng bộ.
• Cấu hình đường dẫn. Tầng vật lý có liên quan đến kết nối của các
thiết bị tới phương tiện truyền dẫn. Một cấu hình điểm-tới-điểm, 2
thiết bị được nói với nhau thông qua một đường liên kết chuyên
5


dụng. Trong một cấu hình đa điểm, một đường liên kết được chia sẻ
giữa nhiều thiết bị
• Hình trạng vật lý. Hình trạng vật lý định cách các thiết bị được kết
nối với nhau để hình thành lên một mạng. Các thiết bị có thể được
kết nối bằng việc sử dụng một hình trạng dạng lưới – mesh
topology (Mọi thiết bị được kết nối với mọi thiết bị khác). Một hình
trạng dạng vòng (mọi thiết bị kết nối với thiết bị tiếp theo, hình
thành một vòng tròn), hoặc hình trạng dạng sao –star topology (Tất
cả các thiết bị được kết nối thông qua một thiết bị trung tâm), hoặc
hình trạng dạng bus – bus topology (tất cả mọi thiết bị kết nối trên
một đường liên kết chung).
• Chế độ truyền dẫn (transmission mode). Tầng vật lý cũng xác định
hướng truyền dẫn giữa 2 thiết bị: đơn công – simplex, bán song
công half-duplex và song công toàn phần – full duplex. Trong chế
độ truyền đơn công, chỉ một thiết bị có thể gửi; thiết bị khác chỉ có
thể nhận. Chế độ truyền đơn công là một phương thức truyền thông
một chiều. Trong chế độ truyền bán song công, 2 thiết bị có thể gửi
và nhận nhưng không đồng thời. Trong chế độ truyền song công
toàn phần, hai thiết bị có thể gửi và nhận một cách đồng thời.
Tầng liên kết dữ liệu (Data Link Layer)
Tầng liên kết dữ liệu biến đổi dữ liệu từ tầng vật lý ở dạng truyền dẫn còn
thô sang một liên kết tin cậy và chịu trách nhiệm truyền tin nút-tới-nut. Nó làm
cho tầng vật lý xuất hiện dưới dạng đầu vào cho tầng phía trên (tầng mạng).
Hình 3.5 thể hiện mối quan hệ của tầng liên kết dữ liệu với tầng mạng và tầng
vật lý.
Hình 3.5 Tầng liên kết dữ liệu

Các chức năng đảm nhiệm chính của tầng liên kết dữ liệu bao gồm:
• Framing. Tầng liên kết dữ liệu chia dòng các bit nhận được từ tầng
mạng thành các đơn vị dữ liệu để có thể quản lý được và các đơn vị
dữ liệu này được gọi là các khung dữ liệu –frame.
• Địa chỉ vật lý. Nếu các frame được phân phối tới các hệ thống khác
nhau trên mạng, tầng liên kết dữ liệu bổ sung một header vào frame
6


nhằm mục đích xác định địa chỉ vật lý của bên gửi (địa chỉ nguồn)
và/hoặc bên nhận (địa chỉ đích) của frame. Nếu frame cần được gửi
cho một hệ thống bên ngoài mạng của bên gửi thì địa chỉ bên nhận
là địa chỉ của thiết bị mà kết nối một mạng tới mạng tiếp theo.
• Kiểm soát luồng – Flow control. Nếu tốc độ truyền dẫn tại đó dữ
liệu được nhận được bởi bên nhận là kém hơn tốc độ được tạo ra ở
bên gửi thì tầng liên kết dữ liệu áp đặt một cơ chế kiểm soát luồng
để tránh ùn nghẽn bên nhận.
• Kiểm soát lỗi – error control. Tầng liên kết dữ liệu bổ sung thêm độ
tin cậy cho tầng vật lý bằng cách bổ sung các cơ chế dò nhận và
truyền dẫn lại các frame bị hư hại hoặc bị mất. Nó cũng sử dụng
một cơ chế để tránh sự trùng lặp các frame. Kiểm soát lỗi thường
đạt được thông qua phần trailer được bổ sung ở cuối mỗi frame.
• Kiểm soát truy nhập. Khi 2 hay nhiều thiết bị được kết nối tới cùng
một đường liên kết, các giao thức của tầng liên kết dữ liệu là cần
thiết để xác định thiết bị nào có quyền kiểm soát đường liên kết tại
một thời điểm cho trước.
Ví dụ 3.1
Trong hình 3.6, một nút với địa chỉ vật lý là 10 gửi một frame tới một nút
có địa chỉ vật lý là 87. Hai nút được kết nối bởi một đường liên kết. Tại mức liên
kết dữ liệu, frame này chứa các địa chỉ vật lý (liên kết) trong phần header.
Những frame này là những địa chỉ duy nhất. Phần còn lại của header chứa các
thông tin khác cần thiết tại mức này. Trailer thường chứa các bít bổ sung cần
thiết cho việc dò tìm lỗi.
Hình 3.6 Tầng liên kết dữ liệu (ví dụ 3.1)

Tầng mạng – Network Layer
Tầng mạng chịu trách nhiệm vận chuyển nguồn-sang-đích của một gói tin
có thể thông qua nhiều mạng khác nhau (các đường liên kết). Trong khi đó tầng
liên kết dữ liệu giám sát vận chuyển các gói tin giữa hai hệ thống trên cùng
mạng (các liên kết), tầng mạng đảm bảo rằng mỗi gói tin có thể được truyền đi
từ điểm gốc tới điểm đích cuối cùng của nó.

7


Hình 3.7 Tầng mạng

Nếu 2 hệ thống được kết nối trên cùng một đường liên kết, thường không
cần tầng mạng. Tuy nhiên, nếu 2 hệ thống được kết nối vào các mạng khác nhau
(các đường liên kết khác nhau) bằng các thiết bị kết nối giữa hai mạng (các
đường liên kết), lúc đó tầng mạng sẽ là cần thiết để có thể hoàn thành vận
chuyển nguồn-sang-đích. Hình 3.7 thể hiện mối quan hệ giữa tầng mạng và tầng
liên kết dữ liệu và tầng giao vận.
Các chức năng cụ thể của tầng mạng bao gồm:
• Địa chỉ logic- Logical addressing. Địa chỉ vật lý được thực hiện
tầng liên kết dữ liệu nhằm xử lý vấn đề địa chỉ một cách cục bộ.
Nếu một gói tin truyền qua biên giới hạn của mạng, chúng ta cần hệ
thống định địa chỉ khác để giúp phân biệt hệ thống nguồn và hệ
thống đích. Tầng mạng bổ sung một header vào một gói tin đến từ
tầng cao hơn nó, và các tầng khác lân cận, bao gồm các địa chỉ
logic của bên gửi và bên nhận.
• Định tuyến – Routing. Khi các mạng hoặc các đường liên kết độc
lập được kết nối với nhau sẽ tạo thành một liên mạng
(internetwork) hay mạng của các mạng hoặc một mạng lớn, các
thiết bị kết nối (được gọi là các router và gatway) xác định đường
đi của các gói tin tới đích cuối cùng của chúng. Một trong những
chức năng của tầng mạng cung cấp cơ chế này.
Ví dụ 3.2
Bây giờ các bạn hình dung ở hình 3.8 chúgn ta gửi dữ liệu từ một node
bằng địa chỉ mạng A và địa chỉ vật lý 10, được đặt trong một mạng cục bộ LAN, tới một nút với địa chỉ mạng P và địa chỉ vật lý 95, được đặt ở một mạng
LAN khác. Bởi vì hai thiết bị này được đặt ở hai mạng khác nhau, chúng ta
không thể chỉ sử dụng địa chỉ vật lý vì địa chỉ vật lý chỉ hiện hữu trong nội bộ
mạng LAN đó. Những gì chúng ta cần ở đây là các địa chỉ phổ quát có thể cho
phép truyền các gói tin qua các biên giới hạn của các mạng LAN. Các địa chỉ
mạng (địa chỉ logic) có những đặc điểm này. Gói tin ở tầng mạng chứa các địa
chỉ logic, mà các địa chỉ này còn lưu lại y nguyên từ nguồn nguyên bản đến đích
cuối cùng. Các địa chỉ này sẽ không thay đổi khi gói tin đi từ mạng này sang
mạng kia. Tuy nhiên các địa chỉ vật lý sẽ thay đối khi gói tin được chuyển từ
một mạng tới mạng khác. Khối trong hình vẽ với ký hiệu R là một thiết bị định
8


tuyến – router (thiết bị liên mạng), thiết bị này sẽ được trình bày kỹ hơn ở
chương 21.
Hình 3.8. Tầng mạng (ví dụ 3.2)

Tầng giao vận – Transport layer
Tầng giao vận chịu trách nhiệm công việc vận chuyển nguồn-tới-đích
(đầu cuối –tới –đầu cuối) của toàn bộ thông điệp). Trong khi đó tầng mạng thực
hiện giáp sát công việc vận chuyển đầu cuối-tới-đầu cuối của từng gói tin riêng
biệt, nó không nhận diện bất kỳ mối quan hệ nào giữa các gói tin đó. Nó xem
mỗi gói tin là độc lập nhau, khi đó mỗi gói tin thuộc hoặc không thuộc vào một
thông điệp riêng biệt. Mặt khác, tầng giao vận đảm bảo rằng toàn bộ thông điệp
đến còn nguyên vẹn và theo đúng thứ tự, giám sát cả phần kiểm soát lỗi và kiểm
soát luồng ở mức nguốn-tới-đích. Hình 3.9 thể hiện mối quan hệ giữa tầng giao
vận với tầng mạng và tầng phiên.
Để bổ sung tích bảo mật, tầng giao vận có thể tạo ra một kết nối giữa hai
cổng cuối. Một kết nối là một đường dẫn logic đơn giữa nguồn và đích mà liên
quan đến tất cả các gói tin trong một thông điệp. Việc tạo ra một kết nối tiến
hành theo 3 bước như sau:
Thiết lập kết nối, truyền dữ liệu, và giải phóng kết nối. Bằng cách áp công
việc truyền dẫn của tất cả các gói tin vào một đơn đường dẫn, tầng giao vận có
9


thêm quyền kiểm soát theo trình tự từ kiểm soát luồng, dò tìm lỗi cũng như sửa
lỗi.
Các chức năng cụ thể của tầng giao vận bao gồm:
• Địa chỉ dịch vụ-điểm (Service-point addressing). Các máy tính
thường chạy nhiều chương trình đồng thời. Vì lý do đó, công việc
vận chuyển nguồn-tới-đích không có nghĩa là chỉ chuyển từ một
máy tính sang máy tính tiếp theo mà còn từ một tiến trình cụ thể
(chương trình đang chạy) trên một máy tính tới một tiến trình cụ thể
(chương trình đang chạy) trên máy tính khác. Do đó, phần header
của tầng giao vận phải bao gồm một kiểu của địa chỉ được gọi là
địa chỉ dịch vụ-điểm (hay địa chỉ cổng). Tầng mạng đẩy từng gói
tin tới đúng máy tính cần đẩy; Tầng giao vận đẩy toàn bộ thông
điệp tới đúng tiến trình trên máy tính đó.
Hình 3.9 Tầng giao vận

• Phân đoạn và lắp ghép (Segmentation and Ressembly). Một thông
điệp được chia thành nhiều phần đoạn khả truyền, mồi phân đoạn
chứa chuỗi số. Các số này cho phép tầng giao vận có thể ghép lại
để hình thành thông điệp một cách đúng đắn ngay khi thông điệp
đến đích và để xác định và thay thế các gói tin bị mất trong quá
trình truyền dẫn.
• Kiểm soát kết nối (Connection control). Tầng giao vận có thể là
không kết nối (connectionless) hoặc hướng kết nối (connectionoriented). Một tầng giao vận không kết nối xem mỗi đoạn như là
một gói tin độc lập và chuyển gói tin này tới tầng giao vận tại máy
đích. Một tầng giao vận hướng kết nối tạo ra một kết nối với tầng
giao vận của máy đích đầu tiên trước khi chuyển gói tin. Tất cả dữ
liệu được truyền đi, sau đó kết nối được ngắt.
• Kiểm soát luồng – Flow control. Giống như tầng liên kết dữ liệu,
tầng giao vận chịu trách nhiệm kiểm soát lỗi. Tuy nhiên, kiểm soát
lỗi ở tầng này được thực hiện theo kiểu đầu cuối – tới –đầu cuối
hơn là qua một liên kết đơn. Tầng giao vận bên gửi đảm bảo rằng
toàn bộ thông điệp đến tầng giao vận bên nhận không có lỗi gì (hư
hại, mất mát, hoặc trùng lặp). Việc sửa lỗi thường đạt được thông
qua việc truyền lại.
10


Ví dụ 3.3
Hình 3.10 trình bày ví dụ của tầng giao vận. Dữ liệu đến từ các tầng phía
trên có các địa chi dịch vụ-điểm (cổng) j và k (j là địa chỉ của ứng dụng bên gửi
và k là địa chi của ứng dụng bên nhận). Khi kích cỡ dữ liệu lớn hơn kích cỡ mà
tầng mạng có thể xử lý, dữ liệu sẽ được chia thành 2 gói tin, mỗi gói tin chứa
các địa chỉ dịch vụ-điểm (j và k). Sau đó, trong tầng mạng, cá địa chỉ mạng (A
và P) được bổ sung vào từng gói tin. Gói tin có thể được di chuyển theo nhiều
đường khác nhau và đến đích với bất kỳ thứ tự nào. Hai gói tin được chuyển tới
tầng mạng đích, tầng mạng đích này chịu trách nhiệm loại bỏ phần header của
tầng mạng. Hai gói tin giờ tiếp tục được truyền lên tầng giao vận, ở đây chúng
được tổ hợp lại để có thể chuyển tiếp lên các tầng phía trên.
Hình 3.10 Tầng giao vận (ví dụ 3.3)

Tầng phiên – Session layer
Các dịch vụ được cung cấp bởi 3 tầng đầu tiên (tầng vật lý, liên kết dữ
liệu và mạng) là không đủ cho một số quá trình. Nó thiết lập, duy trì và đồng bộ
hóa các tương tác giữa các hệ thống đang kết nối.
Những chức năng cụ thể của tầng phiên bao gồm:
• Kiểm soát đàm thoại – dialog control. Tầng phiên cho phép
hai hệ thống đi vào cùng một dialog. Nó cho phép kết nối
giữa hai quá trình được hoạt động ở chế độ bán song công
hoặc song công toàn phần. Ví dụ, dialog giữa một đầu cuối
được kết nối tới một máy mainframe có thể là bán song công.
• Đồng bộ hóa – Synchronization. Tầng phiên cho phép một
quá trình có thể bổ sung các điểm kiểm tra (điểm đồng bộ
hóa) vào trong một dòng dữ liệu. Ví dụ, nếu một hệ thống
11


đang gửi file có kích cỡ là 2000 trang, người ta bổ sung các
điểm kiểm tra 100 trang một lần để đảm bảo rằng mỗi đơn vị
100 trang được nhận và thông báo nhận một cách độc
lập.Trong trường hợp này, nếu xảy ra sự cố mất mát dữ liệu
trong quá trình truyền trang 523, quá trình truyền lại bắt đầu
ở trang 501: các trang 1 tới trang 500 không cần phải truyền
lại.
Tầng trình diễn – Presentation Layer
Tầng trình diễn có liên quan đến cú pháp và ngữ nghĩa của thông tin
được trao đổi giữa hai hệ thống. Hình 3.12 thể hiện mối quan hệ giữa tầng trình
diễn với tầng ứng dụng và tần phiên.
Hình 3.12 Tầng trình diễn

Những chức năng cụ thể của tầng trình diễn bao gồm:
• Dịch thuật- Translation. Các quá trình (các chương trình đang chạy)
trong hai hệ thống thường trao đổi thông tin dưới dạng các chuỗi ký tự,
số …Thông tin sẽ được thay đổi thành các dòng bit trước khi được
truyền đi. Bởi vì các máy tính là khác nhau sử dụng các hệ thống mã
hóa khác nhau, tầng trình diễn chịu trách nhiệm về tính liên kết hoạt
đọng giữa các pháp mã hóa khác nhau. Tầng trình diễn bên gửi thay
đổi thông tin từ chính định dạng riêng bên gửi thành một định dạng
chung. Tầng trình diễn bên nhận thay đổi thông tin được định dạng
chung thành định dạng riêng bên nhận.
• Mật hóa-Encryption. Để có thể kiểm soát được thông tin nhạy cảm,
một hệ thống phải có thể đảm bảo tính riêng tư.Mật hóa có nghĩa là
bên gửi biến đổi thông tin nguyên bản thành dạng khác và gửi thông
điệp kết quả ra ngoài mạng. Giải mã – decryption làm ngược lại với
12


quá trình trước thực hiện biến đổi thông điệp trở lại dạng nguyên bản
của nó.
• Nén – Compression. Nén dữ liệu làm giảm số các bít cần phải truyền
đi. Nén dữ liệu trong thực thế trở nên quan trọng trong quá trình truyền
dẫn đa phương tiện như văn bản, âm thành và hỉnh ảnh.
Tầng ứng dụng
Tầng ứng dụng cho phép người dùng, là người hoặc phần mềm có thể truy
nhập mạng. Nó cung cấp các giao diện người dùng và hỗ trợ các dịch vụ như là
thư điện tử, truy cập và truyền file từ xa, quản lý cơ sở dữ liệu được chia sẻ và
các kiểu dịch vụ thông tin phân tán khác.
Hình 3.13 thể hiện mối quan hệ giữa tầng ứng dụng đối với người dùng và
tầng trình diễn. Thực tế có nhiều dịch vụ ứng dụng, ở hình dưới đây chỉ thể hiện
3 ứng dụng cụ thể đó là X.400 (Các dịch vụ xử lý thông điệp); X500 (Các dịch
vụ thư mục); và dịch vụ quản lý, truy cập và truyền file (FTAM). Người dùng
trong ví dụ này sử dụng X.400 để gửi một bức thư điện tử. Chú ý rằng không có
header hay trailer được bổ sung ở tầng này.
Hình 3.13 Tầng ứng dụng

Các chức năng chính của tầng ứng dụng bao gồm:
• Mạng ảo đầu cuối –Network Virtual Termination. Một mạng ảo đầu cuối
là một phiên bản phần mềm của một đầu cuối vật lý và cho phép một
người dùng có thể đăng nhập vào một máy từ xa. Để làm được điều này,
tầng ứng dụng tạo ra một phần mềm mô phỏng đầu cuối tại máy từ xa.
Máy tính của người dùng nói chuyện với phần mềm đầu cuối, đến lượt nó
nói chuyện với máy, và ngược lại. Máy từ xa tin rằng nó đang kết với một
trong những đầu cuối của nó và cho phép bạn đăng nhập.
• Quản lý, truy cập và truyền file (FTAM). Đây là ứng dụng cho phép một
người dùng có thể truy cập các file trong một máy tính từ xa (để tạo ra
13


những thay đổi hoặc đọc dữ liệu), nhận các file từ máy tính từ xa và để
quản lý hoặc kiểm soát các file trong một máy tính từ xa.
• Các dịch vụ thư. Ứng dụng này cung cấp các điều kiện cơ bản cho việc
chuyển tiếp thư điện tử và lưu trữ.
• Các dịch vụ thư mục. Ứng dụng này cung cấp các nguồn cơ sở dữ liệu
phân tán và truy cập thông tin toàn cầu về nhiều đối tượng và dịch vụ.
Tóm tắt chức năng của các tầng
Các chức năng của các tầng được tổng quát hóa trong hình 3.14
Hình 3.14 Tổng quan chức năng của các tầng

3.3 HỌ GIAO THỨC TCP/IP
Họ giao thức TCP/IP được sử dụng trên mạng Internet, được phát triển
trước khi có mô hình OSI. Do đó các tầng trong bộ giao thức TCP/IP không phải
hoàn toàn giống với các tầng trong mô hình OSI. Họ giao thức TCP/IP được cấu
thành bởi 5 tầng bao gồm tầng vật lý, liên kết dữ liệu, mạng, giao vận và ứng
dụng. 4 tầng đầu tiên cung cấp các tiêu chuẩn vật lý, giao diện mạng, liên mạng
và các chức năng giao vận tương ứng với 4 tầng đầu tiên của mô hình OSI. Tuy
nhiên, 3 tầng trên cùng của mô hình OSI được biểu diễn trong TCP/IP bằng một
tầng đơn gọi là tầng ứng dụng (xem hình 3.15).
TCP/IP là một giao thức có phân cấp được cấu thành bởi các module
tương tác, mỗi module này cung cấp một chức năng cụ thể, nhưng chúng không
cần thiết phải độc lập nhau. Trong khi đó mô hình OSI xác định các chức năng
của mỗi tầng thuộc chính tầng đó, còn trong các tầng của giao thức TCP/IP có
thể chứa các giao thức tương đối độc lập và do đó co thể được sử dụng hỗn hợp
phụ thuộc vào nhu cầu sử dụng của hẹ thống. Thuật ngữ phân cấp ở đây có
nghĩa là mỗi giao thức ở mức trên được hỗ trợ bởi một hay nhiều giao thức ở
mức dưới.
Ở tầng giao vận, TCP/IP định nghĩa hai giao thức đó là TCP
(Transmission Control Protocol) và UDP(User Datagram Protocol). Tại lớp
mạng, giao thức chính được định nghĩa bởi TCP/IP là giao thức liên mạng IP
(Internetworking Protocol), ngoài ra còn có một vài giao thức hỗ trợ vận chuyển
dữ liệu trong tầng này. Xem chương 24 và 25 để biết thêm chi tiết các giao thức
của họ giao thức TCP/IP.

14


3.4 CÁC THUẬT NGỮ CHÍNH
Application layer
Bit
Data link Layer
Destination address
Error
Frame
Header
Interface
Logical address
Network layer
Node-to-node delivery
Open system
Open system Interconnection
Peer-to-peer process
Physical address
Port address
Prensentation layer
Session layer
Source address
Source-to-destination delivery
Trailer
Transmission Control
Protocol/Internetworking Protocol
Transmission rate
Transport layer

Tầng ứng dụng
Bit
Tầng liên kết dữ liệu
Địa chỉ đích
Lỗi
Khung dữ liệu
Phần đầu/tiêu đề
Giao diện
Địa chỉ logic
Tầng mạng
Vận chuyển nút-tới-nút
Hệ thống mở
Các hệ thống liên kết nối mở
Tiến trình đồng đẳng/ngang hàng
Địa chỉ vật lý
Địa chỉ cổng
Tầng trình diễn
Tầng phiên
Địa chỉ nguồn
Vận chuyển nguồn-tới-đích
Phần đuôi
Giao thức kiểm soát truyền/giao thức
liên mạng
Tốc độ truyền dẫn
Tầng giao vận

3.5 TÓM TẮT
• Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO tạo ra một mô hình gọi là OSI theo đó
cho phép các hệ thống khác nhau có thể liên lạc với nhau.
• Mô hình OSI 7 tầng cung cấp hướng dẫn cho việc phát triển các kiến trúc
tổng thể phù hợp với kiến trúc, phần mềm và phần cứng/
• Các tầng vật lý, liên kết dữ liệu, mạng và các tầng hỗ trợ mạng.
• Tầng phiên, tầng trình diễn và tầng ứng dụng là các tầng hỗ trợ người
dùng
• Tầng giao vận liên kết các tầng hỗ trợ mạng với các tầng hỗ trợ người
dùng.
• Tầng vật lý đảm nhiệm các chức năng liên quản đến truyền dòng các bit
trên phương tiện truyền dẫn.
• Một tầng liên kết dữ liệu chịu trách nhiệm vận chuyển các đơn vị dữ liệu
từ một máy sang máy tiếp theo mà không gây ra lỗi.
• Tầng mạng là tầng chịu trách nhiệm vận chuyển nguồn-tới-đích của một
gói tin qua nhiều đường mạng khác nhau.
15


• Tầng giao vận chịu trách nhiệm vận chuyển nguồn-tới-đích của toàn bộ
thông điệp
• Tầng phiên thiết lập, duy trì và đồng bộ hóa ác tương tác giữa các thiết bị
truyền thông.
• Tầng trình diễn đảm bảo tính tương quan liên kết hoạt động giữa các thiết
bị truyền thông qua việc biến đổi dữ liệu thành một định dạng chung.
• Tầng ứng dụng cho phép người dùng truy nhập vào mạng
• TCP/IP là một họ giao thức 5 tầng phân cấp được phát triển trước mô hình
OSI, là một họ giao thức được sử dụng trên Internet
3.6 BÀI TẬP
Câu hỏi ôn tập
1. Những tầng nào trong mô hình OSI là tầng hỗ trợ mạng?
2. Những tầng nào trong mô hình OSI hỗ trợ người dùng?
3. Sự khác nhau giữa vận chuyển dữ liệu của tầng mạng và vận
chuyển dữ liệu của tầng giao vận?
4. ISO và OSI có liên quan tới nhau nhưu thế nào?
5. Hãy liệt kê các tầng của mô hình OSI
6. Quá trình đồng đằng/ngang hàng là gì?
7. Làm cách nào thông tin được truyền qua một tầng sang tầng tiêp
theo của mô hình OSI?
8. Các header và trailer là gì; Cách chúng được bổ sung và loại bỏ?
9. Nhóm các tầng của mô hình OSI theo chức năng
10.Hãy trình bày những vấn đề liên quan đến tầng vật lý
11.Những chức năng được đảm nhiệm bởi tầng liên kết dữ liệu là gì?
12.Những chức năng được đảm nhiệm bởi tầng mạng là gì?
13.Những chứuc năng được đảm nhiệm bởi tầng giao vận là gì?
14.Tầng giao vận tạo ra một kết nối giữa nguồn và đích. Hay cho biết
3 sự kiện có trong kết nối đó.
15.Sự khác nhau giữa một địa chỉ dịch vụ-điểm, địa chỉ logic, địa chỉ
vật lý.
16.Những chức năng được đảm nhiệm bởi tầng phiên
17.Mục đích của dialog controller là gì?
18.Những chức năng được đảm nhiệm bởi tầng trình diễn
19.Mục đích dịch thuật translation của tầng phiên là để làm gì?
20.Hãy kể tên một số dịch vụ được cung cấp bởi tầng ứng dụng
21.Các tầng của họ giao thức TCP/IP có quan hệ như thế nào với các
tầng trong mô hình OSI.
Câu hỏi lựa chọn
22. Mô hình…….thể hiện các chức năng mạng của một máy tính có
thể được tổ chức
a. ITU-T
b. OSI
c. ISO
d. ANSI
16


23.Mô hình OSI bao gồm…… tầng
a. 3 tầng
b. 5 tầng
c. 7 tầng
d. 8 tầng
24.Tầng…..quyết định vị trí của các điểm động bộ hóa
a. Tàng giao vận b. Tầng phiên
c. tầng trình diễn
d. Tầng ứng dụng
25.Kiểu vận chuyển đầu cuối-tới-đầu cuối của toàn bộ thông điệp do
tầng….chịu trách nhiệm
a. Tầng mạng
b. Tầng giao vận c. tầng phiên
d. Tầng trình diễn
26.Tầng…..là tầng gần nhất phương tiện truyền dẫn
a.Tầng vật lý
b. Tầng liên kết dữ liệu c. Tầng mạng
d. Tầng giao vận
27.Trong tầng….., đơn vị dữ liệu được gọi là frame
a. Tầng vật lý
b. Tầng liên kết dữ liệu c. tầng mạng
d. Tầng giao vận
28.Việc tạo mật mã và giải mật mã dữ liệu do tầng…. chịu trách nhiệm
a.Tầng vật lý
b. Tầng liên kết dữ liệu c. Tầng trình diễn
d. Tầng phiên
29.Dialog control là một chức năng của tầng….
a. Tầng giao vận b. Tầng phiên
c. Tầng trình diễn
d. Tầng ứng dụng
30.Các dịch vụ thư tín và thư mục có sẵn đối với người dùng mạng
thông qua tầng….
a.Tầng liên kết dữ liệu b.Tầng phiên
c. Tầng giao vận
d. Tầng ứng dụng
31.Kiểu vận chuyển nút-tới-nút của đơn vị dữ liệu được đảm nhiệm
bởi tầng…..
a. Tầng vật lý
b. Tầng liên kết dữ liệu c. Tầng giao vận
d. Tầng mạng
32.Khi gói dữ liệu chuyển từ tầng thấp lên tầng cao hơn, các header
được ……
a. Bô sung b. Trích xuất
c.Sắp xếp lại
d. Sửa đổi
33. Khi gói dữ liệu di chuyển từ tầng cao xuống tầng thấp, các trailer
được……
a. Bô sung b. Trích xuất
c.Sắp xếp lại
d. Sửa đổi
34.Tầng ….. nằm giữa tầng mạng và tầng phiên
a. Tầng vật lý
b. Tầng liên kết dữ liệu c. Tầng giao vận
d. Tầng trình diễn
35.Tầng 2 nằm giữa tầng vật lý và tầng…..
a.Tầng mạng
b. Tầng liên kết dữ liệu c. Tầng giao vận
d. Tầng trình diễn
36.Khi dữ liệu được truyền dẫn từ thiết bị A tới thiết bị B, header từ
của tầng 5 của A được đọc bởi tầng….của B.
a. Tầng vật lý
b. Tầng giao vận c. Tầng phiên
d. Tầng trình diễn
17


37.Trong tầng…., quá trình dịch (translation) từ một mã ký tự sang
một mã khác.
a.Tầng vật lý
b. Tầng phiên
c. Tầng trình diễn
d. Tầng ứng dụng
38.Tầng….thay đổi các bít thành các tín hiệu điện từ
a. Tầng vật lý
b. Tầng liên kết dữ liệu c. Tầng giao vận
d. Tầng trình diễn
39.Tầng….có thể sử dụng trailer của frame do việc dò tìm lỗi
a. Tầng vật lý
b. Tầng liên kết dữ liệu c. Tầng giao vận
d. Tầng trình diễn
40.Tại sao mô hình OSI lại được phát triển?
a. Các nhà sản xuất không thích họ giao thức TCP/IP
b. Tốc độ truyền dữ liệu được gia tăng theo số mũ
c. Các tiêu chuẩn cần thiết để cho phép bất kỳ 2 hệ thống nào cũng
có thể liên lạc với nhau
d. Không có ở 3 phát biểu trên
41.Tầng vật lý liên quan đến truyền dẫn….qua phương tiện truyền dẫn
vật lý
a. Các chương trình
b. Các dialog
c. Các giao thức
d. Các bit
42.Tầng nào có các chức năng đóng vai trò trung chuyển các tầng hỗ
trợ người dùng và các tầng hỗ trợ mạng.
a. Tầng mạng
b. Tầng vật lý
c. Tầng giao vận
d. Tầng phiên
43.Chức năng chính của tầng giao vận là gì?
a. Vận chuyển nút-tới-nút
b. Vận chuyển đầu cuối- tới- đầu cuối của thông điệp
c. Đồng bộ hóa
d. Cập nhật và duy trì các bảng định tuyến
44.Các điểm kiểm tra của tầng phiên…..
a. Cho phép chỉ một phần của một file được gửi
b. Dò tiềm và khắc phục lỗi
c. Kiểm soát các header bổ sung
d. Điều liên quan đến dialog control
45.Đâu là ứng dụng của tầng ứng dụng được liệt kê dưới đây?
a. Đầu cuối mạng ảo
b. Quản lý, truy nhập và truyền file
c. Dịch vụ mail
d. Tất cả các điều kể trên

18


CHƯƠNG 4
CÁC TÍN HIỆU –SIGNALS
Chức năng chính của tầng mạng là chuyển thông tin dạng điện từ qua các
phương tiện truyền dẫn. Khi bạn thu thập số liệu thống kê từ một máy tính khác,
gửi các bức ảnh động từ một máy trạm thiết kế đồ họa hay làm chuông rung ở
một trung tâm điều khiển từ xa, chính là bạn đang làm việc với truyền dẫn thông
tin qua các kết nối mạng. Thông tin có thể là âm thanh, hình ảnh, dữ liệu số, các
ký tự, hoặc mã – bất kỳ thông điệp nào khả đọc và có nghĩa với người dùng
đích, là máy hay con người.
Thông tin có thể ở dạng dữ liệu, âm thanh, hình ảnh,vvv
Nhìn chung, thông tin hữu dụng đối với một người hay một ứng dụng
không phải ở dạng mà có thể truyền dẫn ngay qua một mạng được. Ví dụ, bạn
không thể cuộn tròn một bức ảnh, đút nó vào đường điện, và truyền nó qua thị
trấn. Tuy nhin, bạn có thể truyền nó bằng một bức ảnh đã được mã hóa. Thay vì
gửi bức ảnh thật, bạn có thể sử dụng bộ mã hóa để tạo ra dòng các bit 0 và 1 để
cho thiết bị đang nhận biết được cách cấu trúc lại hình ảnh của bức ảnh đó. (Mã
hóa được bàn chi tiết ở chương 5).
Nhưng thậm chí với 0 và 1 cũng không thể gửi được qua những liên kết
mạng như thế. Chúng một lần nữa phải được chuyển đổi sâu hơn thành một
dạng mà phương tiện truyền dẫn có thể chấp. Phương tiện truyền dẫn làm việc
theo cách truyền các tín hiệu điện theo đường dẫn vật lý. Những dòng dữ liệu
dạng 0 và 1 như vậy phải được chuyển thành tín hiệu điện dưới dạng các tín hiệu
điện từ.
Để được truyền dẫn, thông tin phải được biến đổi thành các tín hiệu điện
từ.
4.1 KHÁI NIỆM VỀ TƯƠNG TỰ & SỐ (Analog and Digital)
Cả dữ liệu và tín hiệu đều có thể biểu diễn ở dưới dạng tương tự hoặc số.
Khi nói đến tương tự thường tham chiếu đến cái gì đó mang tính liên tục hay
tiếp diễn- Một tập các điểm cụ thể của dữ liệu và tất cả các điểm có thể có ở
giữa. Khi nói đến số người ta thường tham chiếu tới những gì mang tính rời tạc
– một tập các điểm cụ thể mà không có các điểm khác ở giữa.
Dữ liệu tương tự và số
Dữ liệu có thể là tương tự hoặc số. Một ví dụ của dữ liệu tương tự là
giọng nói của con người. Khi một người nào đó nói, một song ấm thanh liên tục
được tạo ra trong không khí. Điều này có thể được sao chép bởi một thiết bị
microphone và được chuyển thành một tín hiệu tương tự.
Một ví dụ về dữ liệu dạng số là dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ của máy
tính dưới dạng 0 và 1. Thông thường các tín hiệu được truyền thành dạng tín
19


hiệu số khi muốn truyền đi từ một vị trí này đến một vị trí khác trong và ngoài
máy tính.
Tín hiệu tương tự và tín hiệu số
Như thông tin mà chúng biểu diễn, các tín hiệu có thể là tương tự hoặc số.
Một tín hiệu tương tự là một tín hiệu dạng sóng liên tục theo thời gian. Khi sóng
được chuyển từ giá trị A sang giá trị B, nó truyền qua và bao gồm một số vô hạn
các giá trị cùng với đường dẫn của nó. Mặt khác, tín hiệu số là rời rạc. Nó có thể
chỉ có hữu hạn số các giá trị được các định, thường đơn giản là 0 và 1. Việc
truyền một tín hiệu số từ giá trị này sang giá trị khác là tức thời, giống như một
bóng đèn được bật và tắt.
Chúng ta thường minh họa các tín hiệu bằng cách giải chúng trong một
cặp hệ trục tọa độ. Trục tung thường biểu diễn giá trị hay cường độ của tính
hiệu. Trục hoành biểu diễn tín hiệu theo thời gian. Hình 4.1 minh họa một tín
hiệu tương tự và một tín hiệu số. Các hình uốn biểu diễn tín hiệu tương tự là trơn
và liên tục qua một số vô hạn các điểm. Các đường kẻ dọc của tín hiệu số min
họa nhảy bước tức thời từ giá trị này sang giá trịnh kia; độ cao thấp của đường
kẻ dọc này thể hiện các giá trị này là cố định. Một cách khác để biểu diễn sự
khác nhau giữa tín hiệu tương tự và tín hiệu số là đối với tín hiệu tương tự, tín
hiệu thay đổi liên tục theo thời gian còn tín hiệu số thay đổi một cách tức thời.
Hình 4.1 So sánh tín hiệu tương tự và tín hiệu số

4.2 CÁC TÍN HIỆU TUẦN HOÀN & KHÔNG TUẦN HOÀN
Các tín hiệu tương tự và số đều có thể ở dưới 2 dạng: Tuần hoàn và không
tuần hoàn
Các tín hiệu tuần hoàn
Một tín hiệu được gọi là tuần hoàn nếu nó thực hiện lấy một mẫu trong
khoảng thời gian đo được gọi là chu kỳ lấy mẫu, và lặp lại mẫu đó với các chu
kỳ giống nhau. Sự hoàn thành một mẫu đầy đủ được gọi là một chu trình. Một
chu kỳ được xác định bằng số lượng thời gian (được biểu diễn bằng giây) cần để
hoàn thành một chu trình lấy mẫu đầy đủ. Khoảng thời gian của một chu kỳ
được biểu diễn bằng T, có thể khác nhau đối với từng mẫu, nhưng nó là hằng số
đối với bất kỳ tín hiệu tuần hoàn nào được cho. Hình 4.2 minh họa các tín hiệu
tuần hoàn theo giả thiết
20


Một tín hiệu tuần hoàn bao gồm một mẫu liên tục được lặp lại. Chu kỳ
của một tín hiệu (T) được biểu diễn bằng giấy.
Hình 4.2 Ví dụ về các tín hiệu tuần hoàn

Tín hiệu không tuần hoàn
Một tín hiệu không tuần hoàn, tín hiệu thay đổi liên tục không biểu diễ
một mẫu hay một chu kỳ lặp lại theo thời gian/
Một tín hiệu không tuần hoàn không có các mẫu tín hiệu lặp lại
Hình 4.3 Ví dụ về các tín hiệu không tuần hoàn.

Có một kỹ thuật gọi là biến đổi Fourier (xem phụ lục D) cho phép bất kỳ tín hiệu
không tuần hoàn nào cũng có thể được phân tích thành một số vô hạn các tín
hiệu tuần hoàn. Hiểu được đặc điểm của các tín hiệu tuần hoàn cũng cho phép
chúng ta có cái nhìn thấu đáo về tín hiệu không tuàn hoàn.
4.3 CÁC TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ
Các tín hiệu tương tự có thể được phân loại thành tín hiệu đơn hoặc tổng
hợp. Một tín hiệu đơn hay tín hiệu hình sin không thể phân tích thành các tín
hiệu nào đơn gian hơn nữa. Một tín hiệu tương tự tổng hợp là tín hiệu được cấu
thành từ nhiều tín hiệu hình sin.
Các tín hiệu tương tự đơn
Tín hiệu hình sin là dạng tín hiệu cơ bản nhất của một tín hiệu tương tự
tuần hoàn. Được biểu diễn bằng các đường cong dao động, sự thay đổi của nó
theo tiến trình của một chu trình là phẳng và nhất quán, một luồng cuộn liên tục.
21


Hinh 4.4 thể hiện một sóng tín hiệu hình sin. Tín hiệu hình sin có thể được mô tả
một cách đầy đủ qua ba đặc tính của nó là: Biên độ A, chu kỳ hay tần số và pha.
Biên độ A
Hình 4.4 Một sóng tín hiệu hình sin

Trên đồ thị. Biên độ của một tín hiệu là một giá trị của tín hiện tại bất kỳ
điểm nào trên đường tín hiệu. Nó bằng khoảng tung độ được xác định bởi giao
điểm trên đường tín hiệu giữa trục tung và trục hoành. Biên độ cực đại tín hiệu
hình bằng giá trị lớn nhất mà nó đạt được trên trục tung (hình 4.5)
Biên độ được định lượng theo các đơn vị vôn, ampe hoặc watt phụ thuộc
vào kiểu tín hiệu.
Biên độ của tín hiệu là độ cao của một tín hiệu. Đơn vị tính của biên độ
phục thuộc vào kiểu của tín hiệu. Đối với các tín hiệu điện tử, đơn vị tính
thường là V, A và W .
Hình 4.5 Biên độ

Chu kỳ và tần số
Chu kỳ liên quan đến lượng thời gian tính bằng giây mà một tín hiệu cần
để hoàn thành một chu trình. Tần số liên quan đến số các chu kỳ trong một giây.
Tần số của một tín hiệu là số các chu trình trong một giây. Hình 4.6 thể hiện
khái niệm về chu kỳ và tần số

22


Hình 5.6 Chu kỳ và tần số

Đơn vị tính của chu kỳ: Chu kỳ được biểu diễn bằng giây. Trong lĩnh vực
truyền thông sử dụng 5 đơn vị tính chu kỳ: giây, mili giây (ms=10^-3s), micro
giây 10^-6s) nano giây (ns=10^-9s) và pico giây (ps=10^-12).
Bảng 4.1 Đơn vị tính của chu kỳ
Đơn vị
Giây
Mili giây (ms)
Micro giây (µs)
Nano giây (ns)
Pico giấy (ps)

Giá trị
1s
10-3s
10-6 s
10-9 s
10-12 s

Ví dụ 4.1. Thể hiện 100 mili giây ở dạng giây, micro giây, nano giây và pico
giây.
Giải: Chúng ta tính toán lũy thừa của 10 để tìm ra đơn vị thích hợp. Chúng ta
thay 10^(-3) giây bằng mili giây. 10^(-6) giây bằng nano giây và 10^(-12) giây
bằng pico giây.
100 ms=100 x 10-3 s = 0.1 s
100 ms=100 x 10-3 s = 100 x 103 x 10-6 s=105 µs
100 ms=100 x10-3 s = 100 x 106 x 10-9 s = 105 ns
100 ms = 100 x 10-3 s = 100 x 109 x 10-12 s=1011 ps
Đơn vị tính của tần số: Tần số được biểu diễn bằng đơn vị Hertz (Hz),
(Hertz là tên của một nhà vật lý người Đức). Trong lĩnh vực truyền thông, người
ta sử dụng 5 đơn vị tính tần số đó là Hz, Khz, Mhz, Ghz và THz. Dưới đây là
bảng các đơn vị tính tần số.

23


Bảng 4.2 Đơn vị tính tần số
Đơn vị
Hertz (Hz)
Kilohertz (KHz)
MegaHertz (MHz)
GigaHertz (GHz)
TetaHertz (THz)

Giá trị
1 Hz
103 Hz
106 Hz
109 Hz
1012 Hz

Ví dụ 4.2
Biểu diễn 14 Mhz dưới dạng Hz, KHz, GHz và THz
Giải pháp
Chúng ta tính toán lũy thừa của 10 để tìm ra đơn vị hợp lý. Chúng ta thay
3
10 Hz = 1 KHz, 106 Hz =1 Mhz, 109 Hz =1GHz, 1012 Hz=1 THz
14 MHz=14 x 106 Hz
14 MHz=14 x 106 Hz= 14 x 103 x 103 Hz=14x 103 KHz
14 MHz = 14 x 106 Hz = 14 x 10-3 x 109 Hz=14 x 10-3 Ghz
14 Mhz = 14 x 106 Hz=14 x 10-6 x 1012 Hz=14 x 10-6 Thz
Chuyển đổi tần số sang chu kỳ và ngược lại
f = 1/T => T=1/f
Chu kỳ là một lượng thời gian cần thiết để mộ tín hiệu hoàn thành một chu trình;
tần số là số các chu trình trong một giây. Tần số và chu kỳ nghịch đảo với nhau:
f=1/T và T=1/f.
Ví dụ 4.3
Một tín hiệu hình sin có tần số là 6 Hz. Hãy tính chu kỳ của nó
Bài giải:
T=1/f=1/6 = 0.17 s
Ví dụ 4.4
Một hình sin có tần số 8 KHz. Hãy tính chu kỳ của nó
Giải: Đặt T là chu kỳ và f là tần số khi đó
T=1/f=1/8000=0.000125 giây=125 x 10^(-6) giây=125 µs
Ví dụ 4.5
Một tín hiệu hình sin hoàn thành một chu trình trong 4 giây. Hãy tính tần
số của nó
Giải: đặt T là chu kỳ và f là tần số. Khi đó
f=1/T=1/4=0.25 Hz
Ví dụ 4.6
Một tín hiệu hình hoàn thành một chu trình trong 25µs. Hãy tính tần số
của nó
Giải: Đặt T là chu kỳ và f là tần số. Khi đó ta có
f=1/T=1/(25 x 10-6)=40.000 Hz = 40 x 103 Hz = 40 Khz
24


Thông tin thêm về tần số
Chúng ta đã biết rằng tần số là quan hệ của một tín hiệu theo thời gian và
dạng sóng của tín hiệu là số các chu trình nó hoàn thành trong một giâ. Nhưng
tần số còn có thể hiểu theo nghĩa là nó là một đơn vị tính tốc độ thay đổi tín
hiệu. Các tín hiệu điện tử thể hiện ở dưới dạng sóng; tức là chúng dao động liên
tục và có thể đoán trước mức độ năng lượng trung bình. Tốc độ tại đó sóng điện
từ hình sin chuyển động từ tần số thấp nhất đến tần số cao nhất. Một tín hiệu có
tần số là 40 Hz bằng ½ tín hiệu có tần số 80Hz; nó hoàn thành một chu trình gấp
2 lần thời gian so với tín hiệu có tần số 80 Hz, vì thế mỗi chu trình cũng kéo dài
2 lần để nó thay đổi từ điện áp thấp nhất lên điệp áp cao nhất của nó. Do đó, tần
số được mô tả bằng số chu trình trong một giây (Hz), là một đơn vị định lượng
chung cho xác định tốc độ thay đổi của một tín hiệu theo thời gian.
Tần số là tốc độ thay đổi tương ứng với thời gian. Sự thay đổi diễn ra
trong khoảng thời gian gắn có nghĩa là tần số cao hay cao tần. sự thay đổi diên
ra trong khoảng thời gian dài có nghĩa là tần số thấp.
Nếu giá trị của một tín hiệu thay đổi trong một khoảng thời gian cực ngắn,
tần số của nó là cao. Nếu nó thay đổi trong một khoảng thời gian dài, tần số của
nó thấp.
Hai điểm cực
Sẽ thế nào nếu một tín hiệu không thay đổi? sẽ thế nào nếu nó duy trì mức
độ điện áp hằng số trong toàn bộ thời gian nó hoạt động? Trong trường hợp như
vậy, tần số của nó là bằng 0. Có thể khái quát rằng nếu một tín hiệu không thay
đổi theo thời gian, nó sẽ không hoàn thành một chu trình vì thế tần số của nó
bằng 0.
Nhưng sẽ thế nào khi một tín hiệu thay đổi tức thời? Sẽ thế nào khi nó
nhảy từ một mức này sang mức khác không theo thời gian? Khi đó tần số của
nó là không xác định. Hay nói cách khác, khi một tín hiệu thay đổi tức thời, chu
kỳ của nó bằng 0 do đó tần số của nó là nghịch đảo của chu kỳ suy ra tần số là
1/0 hay vô định.
Pha của tín hiệu - Phase
Thuật ngữ pha mô tả vị trí của dạng tín hiệu theo thời gian bằng 0. Nếu
chúng ta nghĩ sóng tín hiệu đó là một cái gì đó có thể dịch chuyển tới hay lui
theo trục thời gian, thì pha mô ta số lượng các bước dịch chuyển đó, nó xác định
trạng thái của chu kỳ đầu tiên.
Pha mô tả vị trí của dạng sóng tín hiệu theo thời gian bằng 0.
Pha được định lượng bằng đơn vị là độ hoặc radian (360 độ = 2pi radian).
Một pha dịch chuyển 360 độ tương ứng với một dịch chuyển hoàn thành một
chu chu kỳ; một pha dịch chuyển 180 độ tương ứng với một dịch chuyển một
nửa chu kỳ; một pha dịch chuyển 90 độ tương ứng với một dịch chuyển là ¼ chu
kỳ (xem hình 4.7).
25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×