Chương 1: Lý thuyết thơng tin mã hố Chương LÝ THUYẾT THƠNG TIN VÀ Mà HỐ Hình 1.1 Sơ đồ khối HTTT 1.1 Giới thiệu mã hoá thơng tin 1.1.1 Khái niệm mã hố Mã hố việc chuyển đổi phần tử tập đại lượng thành tập đại lượng khác (theo mối quan hệ 1-1), nhằm mục đích tiện lợi cho việc lưu trữ trao đổi thơng tin Mã hố phép biến đổi cấu trúc tin nơi phát nhằm mục đích nhận tin nơi thu trung thực , có độ tin cậy cao , khả chống nhiễu cao , truyền xa … Ví dụ 1: Phép rời rạc hố nguồn tin liên tục thành nguồn tin rời rạc phép mã hố Ví dụ 2: Tập hợp số { 0, 1,…, 9,A,B,C,D,E,F } mã hoá thành { 0000, 0001,…,1111 } Việc chọn ( thiết lập ) mã hố phải thoả ngun tắc giải mã kết nơi thu tin Chương 1: Lý thuyết thơng tin mã hố Sự phát triển mã hoá (Coding) Mã hoá phát triển từ tự nhiên, VD: tiếng hú, việc làm dấu lồi vật, thơng báo cho đồng loại biết điều đó, … Với người vậy, việc mã hố phát triển hình thức cao lồi vật tiếng nói, sau ngôn ngữ Với phát triển xã hội lồi người, nhu cầu truyền tin, thơng tin ngày trở nên quan trọng, từ mà hình thức mã hố khác hình thành để thích ứng với phát triển 1.1.2 Khái niệm thơng tin (information) Tin tức ( News ) phản ảnh vật tượng khách quan với nhận biết người Tin tức có tính chất mẻ (độ bất ngờ ) ý nghĩa độ tin cậy Thông tin ( Information ) tin tức có ý nghĩa, quan tâm người Thơng tin trung bình, Entropy • Xét nguồn tin XN gồm N tin x1 , x2 ,…, xN có xác suất xuất p(1), p(2) ,…, p(N) Theo luật phân bố xác suất , ta có N å p(i) = i=1 • Nếu tin đẳng xác suất p(i) = 1/N • Khi 1/p(i) lớn , p(i) bé , độ bất ngờ tin lớn , tin có ý nghĩa, lượng tin xi lớn • Khi 1/p(i) bé , p(i) lớn , độ bất ngờ tin bé , tin có ý nghĩa, lượng tin xi bé • Khi p(i) = , độ bất ngờ tin = , tin nhận khơng có ý nghĩa lượng tin xi = • Ta định nghĩa lượng tin ( information content ) xi [bit] I(i) = log2 (1/p(i) ) = -log2 p(i) Ví dụ 1: Thông điệp truyền tin dạng nhị phân, biểu tượng (0,1) • p0 =p1 = 0.5 • I = I = log =1 Ví dụ 2: Thơng điệp truyền tin có biểu tượng (, , < >, < >) Cho p = 0.1 , p = 0.2 , p< −−> = 0.3 , p = 0.4 Chương 1: Lý thuyết thơng tin mã hố = 3.32 , … ¾ I = log • Giá trị thơng tin xem số bít nhị phân cần để thể thơng tin VD: I = log = 3.32 bit 0.1 • Lượng tin trung bình nguồn tin X ( Entropy nguồn tin X ) định nghĩa N H (X ) = å N p(i)*I(i) = - i=1 å p(i)*log p(i) [bit ] i=1 Ví dụ : Tính lượng tin Entropy đoạn tin dài 12 chữ số , chữ số có mức ( ví dụ chữ số có giá trị 0,1,2,3 ) Cho xác suất mức Các chữ số xuất cách độc lập Giải • • • • Số tổ hợp khác nhận N = 412 Xác suất xuất tổ hợp p(i) = 1/N = 4-12 = 2-24 Lượng tin nhận từ tổ hợp I(i) = -log 2p(i) = 24 [bit] Lượng tin trung bình (entropy) trường hợp đẳng xác suất N H= å N p(i)*I(i) = i= å I(i)/ N = I(i) [bit ] i= H = -log 2p(i) = 24 [bit] Tốc độ truyền tin R lượng tin trung bình nguồn phát đơn vị thời gian R = H [bps ] T • T thời gian cần gởi đoạn tin • H Entropy nguồn tin Chú ý nguồn tin liên tục , ta biểu thị gần nguồn rời rạc với độ xác cao 1.2 Phân loại hình thức mã hố : Có loại mã hố Ví dụ : Minh hoạ hệ thống truyền liệu, bao gồm hình thức mã khác sử dụng hệ thống Chương 1: Lý thuyết thông tin mã hố Sự vật tượng Mã hóa ASCI Các file văn bản, hình vẽ Mã hóa Winzip Các file nén Mã hóa Parity Chuỗi Mã hóa liệu NRZ Đường truyền Hình 1.2 Sơ đồ khối thứ tự dạng mã hoá 1.2.1 Mã hoá nguồn (Source coding) Mục đích mã hố nguồn biến đổi tập đại lượng nguồn thành tập đại lượng nguồn khác để tiện lợi cho việc lưu trữ bảo mật Ví dụ: mã hố ASCII, mã nén Winzip, Ví dụ: cho nguồn tin “hom di hoc” có 14 ký tự , mã hố nhị phân cần bit ( Do 24 =16 > 14 ) Dựa vào ứng dụng thực tế ta có ba loại mã hố nguồn: Mã hố để thể ( mã hoá ASCII ) Mã hoá nén ( mã nén Winzip, MP3, JPEG … ) Mã hoá bảo mật 1.2.2 Mã hoá kênh (channel coding) Mã kênh truyền hình thức biến đổi tập liệu nguồn thuật toán, nhằm tiện lợi cho việc kiểm tra sửa lỗi đường truyền Ví dụ mã Parity có chức kiểm tra chẵn lẻ cho khối liệu 1.2.3 Mã hoá đường truyền (Line coding) Là hình thức chuyển đổi tập đại lượng nguồn thành tập đại lượng điện (u, i, f) để tiện lợi cho việc truyền dẫn thông tin Có loại mã hố đường truyền: mã hố đường truyền dãy nền, mã hoá đường truyền điều chế • Mã hố đường truyền dãy (Base Band): biến đổi mức liệu nguồn thành dạng sóng vng điện áp Ví dụ : bít liệu nguồn dạng nhị phân truyền đường truyền với dạng điện áp hình minh hoạ HDB3 + 0 1 0 0 0 0 1 t -V Hình 1.3 Dạng mã hoá đường truyền HDB3 Chương 1: Lý thuyết thơng tin mã hố • Mã hố đường truyền điều chế: tín hiệu nguồn truyền với khoảng cách xa cách điều chế với sóng mang ¾ Ví dụ 1: tín hiệu Audio truyền xa cách điều chế với sóng mang, kỹ thuật AM, FM, … ¾ Ví dụ 2: nguồn liệu số truyền với khoảng cách xa cách dùng kỹ thuật điều chế số, ASK, PSK, FSK 1.3 Mã hoá nguồn ( source coding) Dựa vào ứng dụng thực tế ta có ba loại mã hoá nguồn: Mã hoá để thể hiện, mã hoá nén, mã hoá bảo mật Mã hoá phải thoả mãn yêu cầu giải mã cách 1.3.1 Mã hoá để biểu vật tượng Mã hố nhằm mục đích mô tả vật tượng ngôn ngữ chủ thể Ví dụ 1: Mã hố ASCII dùng để mô tả vật dạng văn để người hiểu Ví dụ 2: Mã hố nhị phân sử dụng để mơ tả vật ngơn ngữ của máy tính Trường hợp có trạng thái biểu diễn mã nhị phân đồng bit, từ 000 đến 111 Người ta biểu diễn mã nhị phân khơng đồng đều, cách liệt kê Ví dụ x1 x2 x3 x4 x5 Bộ mã 00 01 100 1010 1011 Như nguồn tin x1 x2 x3 x4 x5 mã hố 00 01 100 1010 1011 Để giải mã cách mã phải có tính Prefix nghĩa mã khơng có từ mã ngắn , lại phần đầu từ mã dài Bộ mã ví dụ có tính Prefix Tại nơi thu nhận dãy bit 00 01 100 1010 1011 ta giải mã cách x1 x2 x3 x4 x5 1.3.2 Mã hoá nén liệu a Đặc điểm • Sử dụng thuật tốn loại bỏ thơng tin dư thừa • Thơng tin dư thừa thể qua lặp lặp lại đoạn thông điệp tập nguồn tin b Mã hoá Shanon-Fano Độc lập với , Shannon Fano xây dựng phương pháp thống kê tối ưu dựa sở : Độ dài từ mã tỉ lệ nghịch với xác suất xuất Chương 1: Lý thuyết thơng tin mã hố Đây bước khởi đầu cho phát triển kỹ thuật mã hoá nén liệu phát triển sau Các bước lập mã: Sắp xếp nguồn tin theo thứ tự giảm dần xác suất xuất Chia nguồn tin thành nhóm cho xác suất xuất nhóm xấp xỉ Gán cho nhóm ký mã hay Coi nhóm nguồn tin , quay trở lại làm bước , nhóm chứa tin Từ mã ứng với mỗi lớp tin tổ hợp ký mã nhóm , lấy tương ứng từ nhóm lớn đến nhóm nhỏ ( từ trái sang phải ) Ví dụ : cho nguồn tin sau , lập bảng mã Shanon-Fano ♦ Phương pháp chung để thực Bước1: Xác định ký hiệu (symbols, characters sở có tập mã nguồn, xác suất xuất Bước 2: Lập bảng mã sở, ký hiệu sở theo thứ tự xác suất giảm dần dùng thuật tốn chia đơi xác suất để viết từ mã sở Bước 3: Dựa vào bảng mã sở, viết mã nguồn Ví dụ : Cho tập nguồn tin sau:"hom troi nang, mai troi mua", Dùng mã hoá Shanon-Fano, lập bảng mã sở cho tập nguồn tin 10 Chương 1: Lý thuyết thơng tin mã hố Giải • Bước 1: Các ký hiệu sở:{h, o, m, n, a, y, t, r, i, g, u, _} Xác suất tương ứng Ph = Pu = 1/35, Po = Pm = Pi = 3/35, Pn = 4/35, Pa = 5/35, Py = Pt = Pr = Pg = 2/35, P_ = 7/35 • Bước 2: Lập bảng mã sở STT Ký tự Xác suất Từ mã _ 7/35 0 00 a 5/35 010 n 4/35 1 011 o 3/35 0 100 m 3/35 1 1010 i 3/35 1 1011 y 2/35 1 0 1100 t 2/35 1 1101 r 2/35 1 1110 10 g 2/35 1 1 11 h 1/35 1 1 111110 12 u 1/35 1 1 1 111111 11110 Tổng số bit truyền mã hoá 2.7+ 3.12+ 4.12+ 5.2+ 6.2 = 120 Tổng số bit truyền không mã hố 7.35 = 245 c Mã hóa Lempel-Zip ♦ Đặc điểm Đây phương pháp nén liệu trực tiếp, từ mã xác định dựa vào từ mã trước Phương pháp mã hóa hữu hiệu dùng máy tính, với tập nguồn liệu lớn việc xác định xác suất tốn thời gian Trong thuật tốn Lempel-Ziv, dãy ký hiệu nguồn rời rạc chia thành khối có độ dài thay đổi gọi câu ( chuỗi sở) 11 Chương 1: Lý thuyết thơng tin mã hố Một câu tạo gồm phần : phần đầu câu cũ mà xuất trước đó, phần sau bit bổ xung thêm Trong bảng mã sở, câu liệt kê tương ứng với vị trí (địa chỉ) mà xuất Vị trí (địa chỉ) tăng lên Khởi đầu, vị trí (địa chỉ) 0000 dùng để tương ứng cho câu chưa xuất từ điển Mã hóa câu mới, để tạo từ mã mới, ta ghép vị trí (địa chỉ) câu có trước từ điển với giá trị bit vào phía cuối Ví dụ : Ta xét dãy ký hiệu nhị phân sau: 10101 10100 10011 10101 00001 10011 10101 10001 1011 ( có 44 bit ) Hay 10 11 01 00 100 111 010 1000 011 001 110 101 10001 1011 Chia dãy ký hiệu thành câu ngăn cách dấu “,” sau: 1,0,10,11,01,00,100,111,010,1000,011,001,110,101,10001,1011 Ta thấy câu dãy ghép của câu cũ ký hiệu Để mã hoá câu, ta xây dựng bảng mã sở (từ điển) bảng Các vị trí câu từ điển liên tiếp nhau, bắt đầu tăng dần, trường hợp lên đến 16 STT 10 11 12 13 14 15 16 TS bit Bảng mã sở (từ điển) Vị trí (địa chỉ) Nội dung từ điển câu 0000 0001 0010 0011 10 0100 11 0101 01 0110 00 0111 100 1000 111 1001 010 1010 1000 1011 011 1100 001 1101 110 1110 101 1111 10001 1011 44 bit 12 Từ mã 0000 0000 0001 0001 0010 0010 0011 0100 0101 0111 0101 0110 0100 0011 1010 1110 80 bit Chương 1: Lý thuyết thơng tin mã hố Để giải mã cần phải xây dựng lại từ điển phía thu giống phía phát sau giải mã từ mã nhận Ta nhận thấy q trình mã hố ví dụ mã hoá 44 ký hiệu nhị phân nguồn thành 16 từ mã, từ mã có độ dài bit Như ví dụ khơng thực nén số liệu, chuỗi ký hiệu quan sát ngắn Nếu chuỗi ký hiệu quan sát dài thêm thuật toán trở nên hiệu nén số liệu nguồn Vấn đề đặt độ lớn của từ điển Nói chung, độ lớn từ điển phụ thuộc vào nhớ dùng lưu trữ Thuật toán Lempel-Ziv sử dụng rộng rãi việc nén số liệu file máy tính Các tiện ích compress uncompress hệ điều hành Unix DOS xuất phát từ thuật tốn Tóm tắt phương pháp thực hiện: Bước 1: Xác định chuỗi ký hiệu sở Bước 2: Lập bảng mã sở cách ƒ Liệt kê chuỗi ký hiệu sở, đánh số thứ tự tương ứng từ tăng dần ƒ Viết mã nhị phân ứng với số thứ tự vị trí xuất ƒ Từ mã sở tạo cách ghép từ mã nhị phân chuỗi ký hiệu sở trước với bít cịn lại Bước 3: Viết mã nguồn Ví dụ 2: cho chuỗi nguồn "0100111010100000100000010000000000011000000000000000" Hay "0 00 11 10 101 000 001 0000 0010 00000 000001 100 000000 0000000" Dùng mã hoá lempel-Zip, xác định mã nguồn Giải Bước 1: Xác định chuỗi ký hiệu sở ( câu) {0,1,00,11,10,101,000,001,0000,0010,00000,000001,100,000000,0000000} 13 Chương 1: Lý thuyết thơng tin mã hố Bước 2: Lập bảng mã sở STT Mã nhị phân chuỗi sở Từ mã 0001 0000 0010 0000 0011 00 0001 0100 11 0010 0101 10 0010 0110 101 0101 0111 000 0011 1000 001 0011 1001 0000 0111 10 1010 0010 1000 11 1011 00000 1001 12 1100 000001 1011 13 1101 100 0101 14 1110 000000 1011 15 1111 0000000 1110 1.3.3 Mã hố bảo mật ♦ Đặc điểm: Đây hình thức mã hoá thuật cho phép làm mờ nội dung nguồn tin để truyền tin, đối tượng nhận khơng có thuật tốn giải mã khơng đọc nội dung ♦ VD: Cho tập tin nguồn "hom troi nang" mã hố bảo mật thành "gnan iort yan moh", … 1.4 Mã hoá kênh Mã hoá kênh cho phép phát lỗi sửa lỗi Nó làm tăng chất lượng tin nhận được, giảm tỉ số bit lỗi BER , tính chất nên ta cịn gọi mã chống nhiễu 14 Chương 8: Mạng máy tính Lớp Internet xem tất liệu khối gọi datagram Bộ giao thức TCP/IP dùng nhiều kiểu khác lớp mạng cùng, loại có thuật ngữ khác để truyền liệu Phần lớn mạng kết cấu phần liệu truyền dạng packets frames Hình 8.17 Cấu trúc liệu lớp TCP/IP Chức IP - Giao thức liên mạng IP(v4) Mục đích IP cung cấp khả kết nối mạng thành liên mạng để truyền liệu IP cung cấp chức sau: • Định nghĩa cấu trúc gói liệu đơn vị sở cho việc truyền liệu Internet • Định nghĩa phương thức đánh địa IP • Truyền liệu tầng vận chuyển tầng mạng • Định tuyến để chuyển gói liệu mạng • Thực việc phân mảnh hợp (fragmentation -reassembly) gói liệu nhúng / tách chúng gói liệu tầng liên kết a/ Địa IP Nhiệm vụ giao thức IP cung cấp khả kết nối mạng thành liên kết mạng để truyền liệu, vai trò IP vai trị giao thức tầng mạng mơ hình OSI Giao thức IP giao thức kiểu không liên kết (connectionless) có nghĩa khơng cần có giai đoạn thiết lập liên kết trước truyền liệu Sơ đồ địa hoá để định danh trạm (host) liên mạng gọi địa IP 32 bits (32 bit IP address) Mỗi giao diện máy có hỗ trợ giao thức IP phải gán địa IP (một máy tính gắn với nhiều mạng có nhiều địa IP) Địa IP gồm phần: địa mạng (netid) địa máy (hostid) Mỗi địa IP có độ dài 32 bits tách thành vùng (mỗi vùng byte), biểu thị dạng thập phân, bát phân, thập lục phân hay nhị phân Cách viết phổ biến dùng ký pháp thập phân có dấu chấm (dotted decimal notation) để tách vùng Mục đích địa IP để định danh cho máy tính liên mạng Ví dụ 128.4.70.9 địa IP 193 Chương 8: Mạng máy tính • Do tổ chức độ lớn mạng liên mạng khác nhau, người ta chia địa IP thành lớp ký hiệu A,B,C, D, E • Các bit byte dùng để định danh lớp địa (0-lớp A; 10 lớp B; 110 lớp C; 1110 lớp D; 11110 lớp E) Hình 8.18 Cấu trúc lớp A, B, C, D, E Ở ta xét cấu trúc lớp địa gán lớp A, lớp B, lớp C Cấu trúc địa IP sau: • Mạng lớp A: địa mạng (netid) Byte địa host (hostid) byte • Mạng lớp B: địa mạng (netid) Byte địa host (hostid) byte • Mạng lớp C: địa mạng (netid) Byte địa host (hostid) byte • Lớp A cho phép định danh tới 126 mạng (sử dụng byte đầu tiên), với tối đa 16 triệu host (3 byte lại, 24 bits) cho mạng • Lớp B định danh tới 16384 mạng, với tối đa 65535 host mạng • Lớp C định danh tới 2.097.150 mạng tối đa 254 host cho mạng • Lớp D dùng để gửi IP datagram tới nhóm host mạng Tất số lớn 223 trường đầu thuộc lớp D • Lớp E dự phịng để dùng tương lai Hình 8.19 Các lớp địa Internet 194 Chương 8: Mạng máy tính Ví dụ: • 192.1.1.1 địa lớp C có địa mạng 192.1.1.0, địa host • 200.6.5.4 địa lớp C có địa mạng 200.6.5.0, địa mạng • 150.150.5.6 địa lớp B có địa mạng 150.150.0.0, đchost 5.6 • 9.6.7.8 địa lớp A có địa mạng 9.0.0.0, địa host 6.7.8 • 128.1.0.1 địa lớp B có địa mạng 128.1.0.0, địa host 0.1 Subneting Trong nhiều trường hợp, mạng chia thành nhiều mạng (subnet), lúc đưa thêm vùng subnetid để định danh mạng Vùng subnetid lấy từ vùng hostid, cụ thể lớp A, B, C sau: Hình 8.20 Cấu trúc lớp A, B, C Ví dụ • 17.1.1.1 địa lớp A có địa mạng 17, địa subnet 1, địa host 1.1 • 129.1.1.1 địa lớp B có địa mạng 129.1, địa subnet 1, địa host 195 Chương 8: Mạng máy tính Hình 8.21 Cấu hình Subnet Cấu trúc gói liệu IP • IP giao thức kiểu “khơng liên kết” (connectionless) Cho phép cặp trạm truyền nhận không cần phải thiết lập liên kết trước truyền liệu khơng cần phải giải phóng liên kết khơng cịn nhu cầu truyền liệu Cho phép thiết kế thực giao thức trao đổi liệu đơn giản (khơng có chế phát khắc phục lỗi truyền) Vì độ tin cậy trao đổi liệu loại giao thức khơng cao • Các gói liệu IP định nghĩa datagram Mỗi datagram có phần tiêu đề (header) chứa thông tin cần thiết để chuyển liệu (ví dụ địa IP trạm đích) • Nếu địa IP đích địa trạm nằm mạng IP với trạm nguồn gói liệu chuyển thẳng tới đích.Nếu địa IP đích khơng nằm mạng IP với máy nguồn gói liệu gửi đến máy trung chuyển, IP gateway để chuyển tiếp Hình 8.22 Cấu trúc gói liệu IP Ý nghĩa thông số sau VER (4 bits): version hành giao thức IP cài đặt, Việc có số version cho phép có trao đổi hệ thống sử dụng version cũ hệ thống sử dụng version IHL (4 bits): độ dài phần đầu (Internet header Length) gói tin datagram, tính theo đơn vị từ ( 32 bits) Trường bắt buột phải có phần đầu IP có độ 196 Chương 8: Mạng máy tính dài thay đổi tuỳ ý Độ dài tối thiểu từ (20 bytes), độ dài tối đa 15 từ 60 bytes Type of service (8 bits): đặc tả tham số dịch vụ nhằm thông báo cho mạng biết dịch vụ mà gói tin muốn sử dụng, chẳng hạn ưu tiên, thời hạn chậm trễ, suất truyền độ tin cậy Hình sau cho biết ý nghĩ trường bits Precedence (3 bit): thị quyền ưu tiên gửi datagram, có giá trị từ (gói tin bình thường) đến (gói tin kiểm sốt mạng) D (Delay) (1 bit): độ trễ yêu cầu D = gói tin có độ trễ bình thường D = gói tin độ trễ thấp T (Throughput) (1 bit): độ thông lượng yêu cầu sử dụng để truyền gói tin với lựa chọn truyền đường thông suất thấp hay đường thông suất cao T = thơng lượng bình thường T = thông lượng cao R (Reliability) (1 bit): độ tin cậy yêu cầu R = độ tin cậy bình thường R = độ tin cậy cao Total Length (16 bits): độ dài tồn gói tin, kể phần đầu tính theo đơn vị byte với chiều dài tối đa 65535 bytes Hiện giới hạn lớn tương lai với mạng Gigabit gói tin có kích thước lớn cần thiết Identification (16 bits): với tham số khác (như Source Address Destination Address) tham số dùng để định danh cho datagram khoảng thời gian cịn liên mạng Flags (3 bits): liên quan đến phân đoạn (fragment) datagram, Các gói tin đường bị phân thành nhiều gói tin nhỏ, trường hợp bị phân đoạn trường Flags dùng điều khiển phân đoạn tái lắp ghép bó liệu Tuỳ theo giá trị Flags có ý nghĩa gói tin khơng phân đoạn, phân đoạn gói tin phân đoạn cuối Trường Fragment Offset cho biết vị trí liệu thuộc phân đoạn tương ứng với đoạn bắt đầu gói liệu gốc Ý nghĩa cụ thể trường Flags là: bit 0: reserved - chưa sử dụng, lấy giá trị bit 1: (DF) = (May Fragment) = (Don't Fragment) bit 2: (MF) = (Last Fragment) = (More Fragments) Fragment Offset (13 bits): vị trí đoạn (fragment) datagram tính theo đơn vị bytes, có nghĩa phần liệu gói tin (trừ gói tin cuối cùng) phải 197 Chương 8: Mạng máy tính chứa vùng liệu có độ dài bội số bytes Điều có ý nghĩa phải nhân giá trị Fragment offset với để tính độ lệch byte Time to Live (8 bits): qui định thời gian tồn (tính giây) gói tin mạng để tránh tình trạng gói tin bị quẩn mạng Thời gian cho trạm gửi giảm (thường qui ước đơn vị) datagram qua router liên mạng Thời lượng giảm xuống router với mục đích giới hạn thời gian tồn gói tin kết thúc lần lặp lại vô hạn mạng Sau số điều cần lưu ý trường Time To Live: Nút trung gian mạng không gởi 1gói tin mà trường có giá trị= Một giao thức ấn định Time To Live để thực tìm tài nguyên mạng phạm vi mở rộng Một giá trị cố định tối thiểu phải đủ lớn cho mạng hoạt động tốt Protocol (8 bits): giao thức tầng nhận vùng liệu trạm đích (hiện thường TCP UDP cài đặt IP) Ví dụ: TCP có giá trị trường Protocol 6, UDP có giá trị trường Protocol 17 Header Checksum (16 bits): Mã kiểm sốt lỗi header gói tin IP Source Address (32 bits): Địa máy nguồn Destination Address (32 bits): địa máy đích Options (độ dài thay đổi): khai báo lựa chọn người gửi yêu cầu (tuỳ theo chương trình) Padding (độ dài thay đổi): Vùng đệm, dùng để đảm bảo cho phần header kết thúc mốc 32 bits Data (độ dài thay đổi): Trên mạng cục vậy, hai trạm liên lạc với chúng biết địa vật lý Như vấn đề đặt phải thực ánh xạ địa IP (32 bits) địa vật lý (48 bits) trạm b Giao thức TCP ( Tại lớp chuyển tải - Transport Layer) TCP (Transmission Control Protocol) giao thức “có liên kết” (connection - oriented), nghĩa cần thiết lập liên kết (logic), cặp thực thể TCP trước chúng trao đổi liệu với TCP cung cấp khả truyền liệu cách an toàn máy trạm hệ thống mạng Nó cung cấp thêm chức nhằm kiểm tra tính xác liệu đến bao gồm việc gửi lại liệu có lỗi xảy 198 Chương 8: Mạng máy tính Hình 8.23 So sánh TCP/IP với giao thức OSI Hình 8.24 Cổng truy cập dịch vụ TCP TCP cung cấp chức sau: • Thiết lập, trì, kết thúc liên kết hai q trình • Phân phát gói tin cách tin cậy 199 Chương 8: Mạng máy tính • Đánh số thứ tự (sequencing) gói liệu nhằm truyền liệu cách tin cậy • Cho phép điều khiển lỗi • Cung cấp khả đa kết nối với trình khác trạm nguồn trạm đích định thơng qua việc sử dụng cổng • Truyền liệu sử dụng chế song cơng (full-duplex) Một tiến trình ứng dụng host truy nhập vào dịch vụ TCP cung cấp thông qua cổng (port) TCP Số hiệu cổng TCP thể bytes Một cổng TCP kết hợp với địa IP tạo thành đầu nối TCP/IP (socket) liên mạng Dịch vụ TCP cung cấp nhờ liên kết logic cặp đầu nối TCP/IP Một đầu nối TCP/IP tham gia nhiều liên kết với đầu nối TCP/IP xa khác Trước truyền liệu trạm cần phải thiết lập liên kết TCP chúng không cịn nhu cầu truyền liệu liên kết giải phóng Các thực thể tầng sử dụng giao thức TCP thông qua hàm gọi (function calls) có hàm yêu cầu để u cầu, để trả lời Trong hàm cịn có tham số dành cho việc trao đổi liệu Bảng liệt kê vài cổng TCP phổ biến Số hiệu cổng Mô tả Reserved Remote job entry Echo Discard 11 Systat 13 Daytime 15 Nestat 17 Quotd (quote odd day 20 ftp-data 21 ftp (control) 23 Telnet 25 SMTP 200 Chương 8: Mạng máy tính 37 Time 53 Name Server 102 ISO - TSAP 103 X.400 104 X.400 Sending 111 Sun RPC 139 Net BIOS Session source 160 - 223 Reserved Hình 8.25 CổngTCP Cấu trúc gói liệu TCP Hình 8.26 Cấu trúc gói liệu TCP Source Por (16 bits): Số hiệu cổng TCP trạm nguồn Destination Port (16 bit): Số hiệu cổng TCP trạm đích Sequence Number (32 bit): số hiệu byte segment trừ bit SYN thiết lập Nếu bit SYN thiết lập Sequence Number số hiệu khởi đầu (ISN) byte liệu ISN+1 201 Chương 8: Mạng máy tính Acknowledgment Number (32 bit): số hiệu segment mà trạm nguồn chờ để nhận Ngầm ý báo nhận tốt (các) segment mà trạm đích gửi cho trạm nguồn Data offset (4 bit): số lượng bội 32 bit (32 bit words) TCP header (tham số vị trí bắt đầu nguồn liệu) Reserved (6 bit): dành để dùng tương lai Control bit (các bit điều khiển): URG: Vùng trỏ khẩn (Urgent Pointer) có hiệu lực ACK: Vùng báo nhận (ACK number) có hiệu lực PSH: Chức PUSH RST: Khởi động lại (reset) liên kết SYN: Đồng hoá số hiệu (sequence number) FIN: Khơng cịn liệu từ trạm nguồn Window (16 bit): cấp phát credit để kiểm soát nguồn liệu (cơ chế cửa sổ) Đây số lượng byte liệu, byte vùng ACK number, mà trạm nguồn saün sàng để nhận Checksum (16 bit): mã kiểm soát lỗi cho toàn segment (header + data) Urgemt Poiter (16 bit): trỏ trỏ tới số hiệu byte theo sau liệu khẩn Vùng có hiệu lực bit URG thiết lập Options (độ dài thay đổi): khai báo option TCP, có độ dài tối đa vùng TCP data segment Paddinh (độ dài thay đổi): phần chèn thêm vào header để đảm bảo phần header kết thúc mốc 32 bit Phần thêm gồm toàn số TCP data (độ dài thay đổi): chứa liệu tầng trên, có độ dài tối đa ngầm định 536 byte Giá trị điều chỉnh cách khai báo vùng options 202 Chương 8: Mạng máy tính 8.4 Giới thiệu mạng số liệu dịch vụ tích hợp ( ISDN ) 8.4.1 Khái niệm ISDN Chuẩn Integrated Services Digital Network (ISDN) mang lại phương thức nhanh để truy cập dịch vụ tiếng nói liệu mạng kỹ thuật số công cộng Với tốc độ băng thơng cao, ISDN gửi lượng lớn liệu thời gian ngắn Tốc độ băng thơng từ 128 Kbit/s đến 1,5 Mbit/s Phương thức làm việc ISDN tách riêng dung lượng mạng với dung lượng tiếng nói hay liệu Để làm điều này, phân chia dung lượng đường truyền thành số kênh truyền độc lập Một kênh số nhận trách nhiệm giao tiếp với thiết bị chuyển mạch văn phịng chính, kênh khác cho phép người dùng thực gọi, hội đàm qua video truy cập Internet hay mạng LAN Hình 8.27 Mạng số liệu dịch vụ tích hợp ( ISDN ) 8.4.2 ISDN ? 203 Chương 8: Mạng máy tính Mạng số đa dịch vụ tích hợp ISDN tập giao thức chuẩn định nghĩa tổ chức viễn thông quốc tế ITU-T (CCITT) ISDN mạng số cho tất ứng dụng thiết bị hoạt động dựa tín hiệu số, tín hiệu truyền mạng dạng số tốc độ cao ISDN phục vụ cho tất loại hình thơng tin thoại, số liệu, âm chất lượng cao, truyền hình ISDN sử dụng nhiều thiết bị nhiều số điện thoại đường dây Nó cho phép tối đa đến máy thoại, fax máy tính liên kết kênh ISDN băng tần sở (BRI ~ 2B+D ~ 128+16Kbps) Một kênh sở BRI - Basic Rate Interface hỗ trợ đến gọi đồng thời, thoại, fax kết nối PC thông qua kênh ISDN Từ kênh số ISDN, người dùng thiết lập gọi đến máy tương tự mạng PSTN ngược lại Cả hai mạng liên kết tổng đài nhà cung cấp dịch vụ, tương tự với kết nối mạng ISDN mạng di động Hình 8.28 Mạng số liệu dịch vụ tích hợp ISDN 8.4.3 Loại hình dịch vụ mạng ISDN Dịch vụ mạng Thực chuyển giao người dùng mạng Ví dụ: thiết lập gọi kết thúc gọi Chức xem báo hiệu Dịch vụ mạng định nghĩa cách mà người dùng mạng tương tác qua lại nhằm mục đích quản lý kết nối Dịch vụ chuyển tải • Dịch vụ thực chuyển liệu hai người dùng Ví dụ: thơng tin thoại fax mã hố thành dịng bit 204 Chương 8: Mạng máy tính • Có hai loại hình dịch vụ chuyển tải : – Dữ liệu có cấu trúc (Structured Data): thơng tin truyền dịch vụ quản lý dễ dàng mạng, tín hiệu thoại ví dụ dạng – Dữ liệu khơng có cấu trúc (Unstructured Data): dạng liệu không nhận biết qua mạng, nhận biết qua hai người dùng điểm đầu cuối dịch vụ Hình 8.29 Loại hình dịch vụ mạng ISDN Kênh B làm chức gì? • Kênh B thực dịch vụ ISDN qua mạng truyền tin tức (thoại phi thoại) người dùng • Kênh B kênh truyền độc lập cho Bits tốc độ 64Kbps • Kênh B không cần biết thông tin dạng bit truyền qua Nhiệm vụ mạng tiếp nhận bits cung cấp người dùng đầu cuối kênh B gửi chúng đến người dùng bên kênh • Trong giao diện sở kênh B đánh số & • Giao diện sơ cấp, kênh B đánh số từ đến 30 (hoặc đến 23) Kênh D làm chức gì? Kênh D giám sát liên quan người dùng mạng, bao gồm: • Các yêu cầu trả lời sử dụng người dùng thiết lập nhận gọi • Thơng báo tiến trình gọi • Thơng báo người dùng, nhóm gọi bị ngắt 205 Chương 8: Mạng máy tính • Thơng báo lỗi khơng thiết lập gọi • Kênh D hoạt động tốc độ 16Kbps với kênh BRI 64Kbps với kênh PRI Kênh B & D BRI chia sẻ đường ? • kênh B kênh D tạo lên đường sở BRI, kết hợp sử dụng công nghệ ghép kênh phân chia theo thời gian TDM • Kênh B hoạt động tốc độ 64Kbps • kênh D có tốc độ 16Kbps Kênh B & D PRI chia sẻ đường ? • Với giao diện kênh sơ cấp chuẩn Châu Âu 30 kênh B + kênh D, chuẩn Bắc Mỹ 23 kênh B + kênh D • Kênh B hoạt động tốc độ 64Kbps • Kênh D hoạt động tốc độ 64Kbps • Giao diện kênh sơ cấp sử dụng cân thời gian truyền số liệu cho kênh B cho kênh D tất chúng hoạt động tốc độ Hình 8.30 Cấu trúc kênh Basic luồng số Primary Các nhóm kênh H sử dụng cho Video, teleconferencing o H tốc độ 384 Kbps o H tốc độ 1536 Kbps o H 12 tốc độ 1920 Kbps 206 Chương 8: Mạng máy tính Hình 8.31 nhóm kênh H sử dụng cho Video, teleconferencing 207 ... Hình 3.2 Sơ đồi khối tổng quát hệ thống thông tin số 43 Ép phổ Đa truy nhập Chương 3: Tổng quan hệ thống viễn thông a Khối định dạng : hầu hết tín hiệu đưa vào hệ thống thơng tin số (tiếng nói,... f L : lower frequency f c : center frequency 41 Chương 3: Tổng quan hệ thống viễn thông Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIỄN THÔNG 3.1 Sơ đồ khối tổng quát Tin tức ban đầu Tín hiệu điện Máy phát:... theo mã 45 Chương 4: Hệ thống thông tin điện thoại Chương HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐIỆN THOẠI 4.1 Giới thiệu mạng điện thoại Từ cuối kỷ 18 đến đầu kỷ 19, công nghệ phát truyền thông điện phát triển