Báo Cáo Thực Tập Tuần 1: Tổng Quan Về Network Topology | Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

BÁO CÁO THỰC TẬP TUẦN 1 1. NETWORK TOPOLOGY
Network topology là bố cục của mạng, chỉ ra cách mà các thiết bị trong mạng giao
tiếp với nhau. Có 2 loại liên kết đó là có dây (wired) và không dây (wireless). Ở đây
chúng ta tập trung vào các loại liên kết có dây phổ biến đó là Star, P2P, Ring, Mesh. 1.1 Star topology
Hnh 1 - Mạng hnh sao
Star topology là một cấu trúc mạng trong đó tất cả các thiết bị đều kết nối với một
thiết bị trung tâm như switch, hub hoặc router. Cấu trúc này tạo thành hình dạng giống
như ngôi sao, với các thiết bị được kết nối bằng cáp riêng biệt đến thiết bị trung tâm.
Ưu điểm của star topology là dễ dàng cài đặt, bảo trì và mở rộng, vì việc thêm thiết
bị mới không ảnh hưởng đến các thiết bị khác và việc sửa chữa chỉ ảnh hưởng đến
thiết bị cụ thể. Tuy nhiên, chi phí có thể cao hơn do yêu cầu nhiều cáp và thiết bị
trung tâm, đồng thời nếu thiết bị trung tâm gặp sự cố, toàn bộ mạng có thể bị ảnh
hưởng. Star topology thường được sử dụng trong các mạng văn phòng nhỏ và mạng
cục bộ (LAN) nhờ vào tính ổn định và quản lý dễ dàng.
1.2 Peer to Peer Topology
P2P topology (topology điểm-điểm) là một cấu trúc mạng trong đó các thiết bị kết
nối trực tiếp với nhau mà không cần thiết bị trung tâm. Trong mô hình này, mỗi thiết
bị có thể giao tiếp trực tiếp với các thiết bị khác trong mạng, tạo ra một mạng phi tập
trung. P2P topology có ưu điểm là chi phí thấp và khả năng mở rộng linh hoạt, vì
không cần thiết bị trung tâm và dễ dàng thêm thiết bị mới vào mạng. Tuy nhiên, nó
có thể gặp khó khăn trong việc quản lý và bảo trì vì không có điểm trung tâm để kiểm 1
soát, và hiệu suất mạng có thể giảm khi số lượng thiết bị tăng lên. P2P topology
thường được sử dụng trong các mạng nhỏ hoặc tạm thời, chẳng hạn như mạng chia
sẻ tệp hoặc các ứng dụng peer-to-peer trên internet.
Hnh 2 - P2P Topology 1.3 Ring Topology
Ring topology là một cấu trúc mạng trong đó các thiết bị được kết nối với nhau
theo dạng vòng, tạo thành một chuỗi khép kín. Trong mô hình này, mỗi thiết bị kết
nối với hai thiết bị khác, một thiết bị ở phía trước và một thiết bị ở phía sau, hình
thành một vòng tròn hoàn chỉnh. Dữ liệu di chuyển trong mạng theo một hướng nhất
định, từ thiết bị này sang thiết bị khác cho đến khi nó quay trở lại điểm xuất phát.
Hnh 3 - Ring topology
Ưu điểm của ring topology là hiệu suất mạng có thể được duy trì đồng đều vì dữ
liệu chỉ di chuyển theo một hướng. Tuy nhiên, nhược điểm chính là nếu một kết nối
hoặc thiết bị trong vòng bị lỗi, toàn bộ mạng có thể bị gián đoạn. Do đó, để khắc phục 2
vấn đề này, các mạng ring thường sử dụng các phiên bản mạng ring đôi, nơi dữ liệu
có thể di chuyển theo cả hai hướng để tăng cường độ tin cậy và khả năng chịu lỗi. 1.4 Mesh Topology
Mesh topology là một cấu trúc mạng trong đó mỗi thiết bị được kết nối trực tiếp
với tất cả các thiết bị khác trong mạng, tạo thành một lưới kết nối dày đặc. Trong mô
hình này, mỗi thiết bị có nhiều kết nối, cho phép dữ liệu được gửi qua nhiều con
đường khác nhau. Điều này mang lại tính linh hoạt và độ tin cậy cao, vì nếu một kết
nối hoặc thiết bị gặp sự cố, dữ liệu có thể tiếp tục được truyền qua các con đường
khác. Mặc dù mesh topology cung cấp khả năng chịu lỗi tốt và hiệu suất mạng ổn
định, nó có thể đòi hỏi chi phí cao và phức tạp trong việc cài đặt và bảo trì do số
lượng cáp và kết nối lớn. Mô hình này thường được sử dụng trong các mạng yêu cầu
độ tin cậy cao và hiệu suất tối ưu, như trong các mạng doanh nghiệp lớn hoặc các
mạng quan trọng về mặt hoạt động.
Hnh 4 - Mesh Topology 2. THÔNG TIN QUANG
2.1 Truyền tải thông tin trên sợi quang
Nguyên lý truyền tải thông tin trên sợi quang dựa vào việc chuyển đổi dữ liệu
thành tín hiệu ánh sáng, sau đó ánh sáng này được truyền qua sợi quang nhờ hiện
tượng phản xạ nội tại toàn phần. Tín hiệu quang di chuyển trong lõi sợi quang, phản
xạ liên tục giữa lõi và lớp phủ bên ngoài, đảm bảo ánh sáng không thoát ra ngoài. Tại
điểm nhận, tín hiệu ánh sáng được chuyển đổi trở lại thành tín hiệu điện tử để xử lý. 3
2.2 Các loại sợi quang
2.2.1 Sợi quang giật cấp đơn mode
Sợi quang đơn mode (Single-Mode Fiber) có lõi nhỏ với đường kính khoảng 8-10
micromet và chỉ cho phép ánh sáng truyền qua một chế độ duy nhất. Nhờ vào khả
năng chỉ truyền một chế độ, sợi quang đơn mode có thể truyền dữ liệu với sự suy
giảm tín hiệu thấp hơn, cho phép truyền ở khoảng cách dài hơn và với tốc độ cao hơn.
Sợi quang đơn mode thường được sử dụng trong các mạng viễn thông, mạng diện
rộng và các kết nối dài, nơi yêu cầu băng thông rộng và hiệu suất cao.
2.2.2 Sợi quang giật cấp đa mode
Sợi quang đa mode (Multi-Mode Fiber) có lõi lớn hơn, thường từ 50-62.5
micromet, cho phép ánh sáng truyền qua nhiều chế độ khác nhau cùng lúc. Mặc dù
sợi quang đa mode có chi phí thấp hơn và dễ lắp đặt hơn, nhưng nó bị hạn chế bởi
khoảng cách truyền ngắn hơn và tốc độ dữ liệu thấp hơn do hiện tượng phân tán mode.
Sợi quang đa mode thường được sử dụng trong các mạng cục bộ (LAN) và các kết
nối ngắn, nơi chi phí và bảo trì dễ dàng hơn là ưu tiên chính.
2.3 Các loại chuẩn sợi quang
2.3.1 ITU-T G.652 – Cáp quang đơn mode tiêu chuẩn cho hệ thống CWDM
ITU G.652 là tiêu chuẩn cáp quang đơn mode đầu tiên được ITU-T chỉ định. Nó
bao gồm bốn bản sửa đổi là G.652.A, G.652.B, G.652.C và G.652.D. Trong số đó,
sợi G.652.A và G.652.B ngày nay ít được sử dụng do hiệu suất kém hơn trong các
ứng dụng WDM hiện đại. Trong khi các sợi G.652.C và G.652.D có đặc điểm đỉnh
nước giảm (ZWP – Đỉnh nước không), cho phép chúng được sử dụng trong vùng
bước sóng từ 1310nm đến 1550nm hỗ trợ truyền dẫn đa kênh phân chia theo bước
sóng thô (CWDM). Sợi quang G.652.D là công nghệ cập nhật nhất hiện nay, không
chỉ mang lại lợi nhuận tối đa cho các khoản đầu tư của bạn mà còn mang lại sự bảo
vệ tốt nhất và được khuyến nghị là sợi quang được lựa chọn khi triển khai cáp quang
một chế độ ở hầu hết trong số các trường hợp ứng dụng hiện tại.
2.3.2 ITU-T G.653 – Cáp quang đơn mode phân tán cho truyền dẫn dài
ITU G.653 xác định sợi quang đơn mode dịch chuyển phân tán có giá trị phân tán
bằng 0 xung quanh bước sóng 1550nm nơi độ suy giảm là nhỏ nhất. Có hai loại sợi 4
quang cho Khuyến nghị G.653: G.653.A và G.653.B, cả hai đều hoạt động trong vùng
bước sóng 1550nm và có thể hoạt động trong khoảng 1310 nm với điều kiện hệ số
suy giảm thực hiện dưới 0,55 dB / km . Bây giờ sợi G.653 hiếm khi được triển khai
nữa và đã được thay thế bằng sợi G.655 cho các ứng dụng WDM, lý do là các kênh
được phân bổ gần 1550 nm trong sợi G.653 bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi tiếng ồn
do hiệu ứng phi tuyến gây ra Trộn bốn sóng (FWM là một hiệu ứng phi tuyến tính trong hệ thống WDM).
2.3.3 ITU-T G.654 – Sợi quang đơn mode chuyển đổi cắt đứt cho mạng tàu ngầm và
mạng trên cạn đường dài
ITU-T G.654 bao gồm các sợi quang đơn mode được cắt bỏ được dịch chuyển
được tối ưu hóa cho hoạt động trong vùng 1500 nm đến 1600 nm. Nó bao gồm năm
bản sửa đổi là G.654.A, G.654.B, G.654.C, G.654.D và G.654.EG654.A, G.654.B,
G.654.C , và sợi G.654.D thích hợp cho các ứng dụng đường dài dưới biển. Trong
khi sợi quang G.654.E được thiết kế cho mạng quang đường dài tốc độ cao trên mặt
đất. Nó được coi là một ứng cử viên đầy hứa hẹn để tối ưu hóa hiệu suất truyền dẫn
cho các mạng quang đường dài tốc độ siêu cao thế hệ tiếp theo.
2.3.4 ITU-T G.655 – Cáp quang đơn mode đường dài kế thừa cho hệ thống CWDM
ITU-T G.655 xác định sợi quang học đơn mode dịch chuyển tán sắc khác 0 với
hiệu suất được chỉ định ở bước sóng 1550 nm và 1625 nm. Nó bao gồm năm loại:
G.655.A, G.655.B, G.655.C, G.655.D và G.655.E. Những sợi này ban đầu được thiết
kế để sử dụng ở bước sóng trong khoảng 1530 đến 1565 nm, nhưng có thể được cung
cấp để hỗ trợ ở bước sóng lên đến 1625 nm và xuống đến 1460 nm. Sợi G.655 phổ
biến trước năm 2005 cho WDM và cáp đường dài, thích hợp cho các ứng dụng đường
dài và đường trục. Nhưng nó không được sử dụng và được thay thế bằng sợi G.652.D.
2.4 Tán sắc và các phương pháp bù tán sắc
2.4.1 Hiện tượng tán sắc
Tán sắc là hiện tượng xung bị biến dạng khi nó di chuyển dọc theo chiều dài sợi
quang. Trong sợi quang, nguyên nhân gây ra tán sắc được chia làm bốn loại: tán sắc
mode, tán sắc vật liệu, tán sắc ống dẫn sóng và tán sắc phân cực mode. Các loại tán
sắc này được thể hiện trong hình vẽ sau: 5
Hnh 5 - Tán sắc mode, tán sắc vật liệu, tán sắc sóng ánh sáng và tán sắc phân cực mode
Hnh 6 - Sự ảnh hưởng của dãn xung do tán sắc 6
Tán sắc do sự khác biệt về thời gian lan truyền của các tia sáng có các đường
truyền khác nhau trong quá trình truyền, làm cho các mode truyền trong sợi quang có
độ trễ khác nhau tại đầu cuối sợi quang dẫn tới hiện tượng chồng lấn xung và gây khó
khăn trong việc phân tích tín hiệu đầu ra.
Sự dãn xung theo thời gian và cự ly truyền trong sợi dẫn đến hiện tượng giao thoa
tín hiệu, làm cho các xung đầu ra chồng lên nhau dẫn đến bộ quyết định trong bộ thu
quyết định sai và khi đó tỷ số BER tăng lên, tỷ số SNR giảm dẫn đến chất lượng hệ thống giảm.
2.4.2 Các phương pháp bù tán sắc
- Sử dụng sợi quang G.653 (Sợi có mức tán sắc không tại cửa sổ 1550 nm).
- Điều biến dịch pha SPM.
- Thành phần tán sắc thụ động (bộ kết hợp quay pha bước sóng và sợi tán sắc âm).
- Thiết bị dịch tần trước ( pre – chirp).
- Kỹ thuật DST (Dispersion Supported Transmision). - Sử dụng sợi DCF.
- Các module DCM sử dụng cách tử Bragg.
2.5 Khuếch đại quang
Trong mọi hệ thống thông tin quang, suy hao của sợi làm hạn chế khoảng cách
truyền dẫn. Đối với các hệ thống quang cự ly dài, để bù suy hao thường sử dụng các
trạm lặp quang – điện (rất phức tạp và đắt tiền đối với hệ thống quang WDM).
Có một số loại khuếch đại quang chính, mỗi loại có cơ chế hoạt động, ưu điểm,
và nhược điểm riêng. Dưới đây là một số loại khuếch đại quang phổ biến.
2.5.1 Khuếch Đại Quang Doped Erbium (EDFA) Cơ chế:
- EDFA sử dụng sợi quang được doped (pha tạp) với nguyên tố erbium (Er).
- Khi sợi quang được kích thích bởi ánh sáng laser (hoặc ánh sáng từ một nguồn
bơm), erbium sẽ phát ra ánh sáng với bước sóng tương ứng, khuếch đại tín hiệu quang truyền qua sợi. 7 Ưu điểm:
- Hiệu suất cao: EDFA có khả năng khuếch đại các tín hiệu quang trong khoảng
1550 nm, là vùng bước sóng chính trong truyền thông quang, với hiệu suất rất tốt.
- Độ khuếch đại cao: Có thể khuếch đại tín hiệu quang mà không cần chuyển đổi thành tín hiệu điện.
- Khả năng truyền xa: EDFA cho phép truyền tín hiệu qua khoảng cách dài mà không cần làm lại. Nhược điểm:
- Chi phí cao: Các hệ thống EDFA thường đắt đỏ.
- Khả năng khuếch đại không đồng đều: Cần điều chỉnh cẩn thận để tránh hiệu
ứng bão hòa và giảm chất lượng tín hiệu.
2.5.2. Khuếch Đại Quang Doped Yb (Yb-DF) Cơ chế:
- Tương tự như EDFA, nhưng sử dụng sợi quang được doped với ytterbium (Yb).
- Yb-DF hoạt động ở bước sóng ngắn hơn, thường trong khoảng 980 nm hoặc
1060 nm, và khuếch đại tín hiệu quang thông qua việc phát xạ stimulated emission. Ưu điểm:
- Chi phí thấp hơn: Yb-DF thường có chi phí thấp hơn so với EDFA.
- Hiệu suất cao: Đặc biệt hiệu quả ở bước sóng ngắn hơn, thích hợp cho các ứng
dụng cần băng thông rộng. Nhược điểm:
- Không phù hợp với tất cả các bước sóng: Không khuếch đại tốt trong khoảng
1550 nm, nên thường không được dùng trong các hệ thống truyền thông quang hiện đại.
2.5.3. Khuếch Đại Quang Raman (Raman Amplifier) Cơ chế:
- Khuếch đại quang Raman sử dụng hiệu ứng Raman để khuếch đại tín hiệu quang. 8
- Khi ánh sáng bơm tương tác với sợi quang, nó tạo ra hiệu ứng Raman, từ đó tăng cường tín hiệu quang. Ưu điểm:
- Có thể khuếch đại tín hiệu ở bất kỳ bước sóng nào: Có thể điều chỉnh khuếch đại
cho nhiều bước sóng khác nhau bằng cách thay đổi bước sóng ánh sáng bơm.
- Có thể cải thiện độ nhạy: Thích hợp cho các hệ thống truyền dài với nhu cầu băng thông rộng. Nhược điểm:
- Cần điều chỉnh cẩn thận: Hiệu ứng Raman có thể tạo ra các vấn đề không mong
muốn nếu không được điều chỉnh chính xác.
- Phức tạp trong thiết kế: Cần thiết bị bơm và điều khiển phức tạp.
2.5.4. Khuếch Đại Quang Parametric (Parametric Amplifier) Cơ chế:
- Sử dụng hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang để khuếch đại tín hiệu thông qua sự
thay đổi trong tần số và cường độ ánh sáng. Ưu điểm:
- Khuếch đại trên nhiều bước sóng: Có khả năng khuếch đại tín hiệu trên nhiều bước sóng cùng lúc.
- Độ nhạy cao: Thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ nhạy cao và băng thông rộng. Nhược điểm:
- Đòi hỏi thiết bị phức tạp: Cần các thiết bị điều chỉnh và điều khiển phức tạp.
- Hiệu suất có thể giảm: Đôi khi hiệu suất có thể không ổn định tùy thuộc vào thiết
kế và điều kiện hoạt động. . 9