Đề cương ôn tập môn Kỹ thuật mạng truyền thông | Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông

lOMoAR cPSD| 58737056
ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP - CƠ SỞ KỸ THUẬT CÁC HỆ THỐNG VIỄN THÔNG
1. Tổng quan về mạng viễn thông:
o Các thành phần cơ bản của một mạng viễn thông và chức năng của chúng
(truyền dẫn, chuyển mạch, báo hiệu).
Truyền dẫn (Transmission): •
Chức năng: Truyền tín hiệu (dữ liệu, âm thanh, hình ảnh...) giữa các điểm trong mạng. •
Thiết bị tiêu biểu: Cáp quang, cáp đồng trục, sóng vô tuyến, vệ tinh. •
Vai trò: Đảm bảo thông tin được truyền đi với tốc độ cao, độ trễ thấp, độ tin cậy và chất lượng cao. Chuyển mạch (Switching): •
Chức năng: Thiết lập các đường kết nối giữa người gửi và người nhận thông tin. •
Có hai hình thức chuyển mạch chính:
o Chuyển mạch kênh (dùng trong mạng điện thoại truyền thống – PSTN).
o Chuyển mạch gói (dùng trong mạng dữ liệu – như Internet). •
Vai trò: Tối ưu hóa tài nguyên mạng và quản lý lưu lượng truyền thông. Báo hiệu (Signaling): •
Chức năng: Quản lý thiết lập, giám sát, và kết thúc kết nối truyền thông. •
Giao thức báo hiệu tiêu biểu: SS7 (Signaling System No. 7). •
Vai trò: Truyền thông tin điều khiển giữa các thiết bị chuyển mạch, xác thực người dùng,
định tuyến cuộc gọi và quản lý tài nguyên mạng.
o Phân loại các loại mạng viễn thông phổ biến (PSTN, mạng di động, mạng số liệu...).
PSTN (Public Switched Telephone Network) – Mạng điện thoại công cộng chuyển mạch kênh: •
Là mạng điện thoại truyền thống. •
Dùng chuyển mạch kênh, phục vụ chủ yếu cho thoại.
Mạng di động (Mobile Network): •
Bao gồm các thế hệ từ 1G đến 5G. lOMoAR cPSD| 58737056
Cung cấp dịch vụ thoại, tin nhắn và truyền dữ liệu không dây. •
Các hệ thống phổ biến: GSM, UMTS, LTE, 5G NR.
Mạng truyền số liệu (Data Network): •
Bao gồm mạng nội bộ (LAN), mạng diện rộng (WAN), mạng Internet. •
Sử dụng chuyển mạch gói để truyền dữ liệu. •
Dùng cho truy cập Internet, email, hội nghị truyền hình...
Mạng hội tụ (Converged Network – NGN): •
Kết hợp các dịch vụ thoại, dữ liệu, hình ảnh trên cùng hạ tầng IP. •
Là xu hướng hiện đại trong phát triển mạng viễn thông.
o Lịch sử phát triển của các hệ thống viễn thông.
Thế kỷ 19 – đầu thế kỷ 20: Xuất hiện điện báo và điện thoại dây analog, đặt nền móng cho mạng viễn thông.
Giữa thế kỷ 20: Phát triển mạng điện thoại tự động, chuyển từ tổng đài cơ điện sang tổng đài điện tử.
Thập niên 1980 – 1990: Ra đời mạng di động 1G (analog), 2G (số hóa), mạng dữ liệu và
Internet bắt đầu phổ biến.
Từ năm 2000 đến nay: Phát triển mạnh mạng di động 3G, 4G, 5G; hình thành mạng hội tụ
NGN, mở rộng kết nối số và ứng dụng công nghệ cao như IoT, AI.
2. Kỹ thuật chuyển mạch:
o Nguyên lý hoạt động và ưu nhược điểm của chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói.
🔹 Chuyển mạch kênh (Circuit Switching) Nguyên lý hoạt động: •
Thiết lập một đường truyền cố định (kênh vật lý hoặc logic) giữa hai thiết bị đầu cuối
trước khi truyền dữ liệu.
Downloaded by Bao Ngoc (baongoc32@gmail.com) lOMoAR cPSD| 58737056 •
Đường truyền này được đặt riêng biệt và không bị chia sẻ cho tới khi kết thúc cuộc gọi.
Tài nguyên mạng (băng thông) được phân chia tĩnh – ví dụ bằng kỹ
thuật: o FDM (Frequency Division Multiplexing – phân chia theo tần số) o
TDM (Time Division Multiplexing – phân chia theo thời gian) Ưu điểm: •
Đảm bảo chất lượng dịch vụ ổn định (QoS cao), đặc biệt thích hợp cho thoại và video thời gian thực. •
Không có độ trễ thiết lập cuộc gọi sau khi đã thiết lập kênh. Nhược điểm: •
Hiệu suất thấp nếu đường truyền không được sử dụng liên tục. •
Không linh hoạt trong chia sẻ tài nguyên. •
Cần thời gian thiết lập kênh trước khi truyền.
🔹 Chuyển mạch gói (Packet Switching) Nguyên lý hoạt động: •
Dữ liệu được chia thành các gói nhỏ, mỗi gói có địa chỉ đích riêng và có thể đi theo những đường khác nhau. •
Các gói được truyền qua mạng dựa trên nguyên tắc chia sẻ tài nguyên (statistical multiplexing). •
Không cần thiết lập kênh trước – truyền ngay lập tức. Ưu điểm: •
Hiệu suất sử dụng tài nguyên cao nhờ chia sẻ động. •
Linh hoạt, mở rộng tốt, phù hợp cho truyền dữ liệu “bùng nổ” như Internet. •
Cho phép nhiều người dùng dùng chung đường truyền. Nhược điểm: •
Độ trễ không ổn định, có thể xảy ra hiện tượng mất gói, trễ gói. •
Cần thêm cơ chế để xử lý lại thứ tự gói, kiểm soát lỗi, đảm bảo độ tin cậy. o Các kỹ
thuật chuyển mạch tiên tiến.
Downloaded by Bao Ngoc (baongoc32@gmail.com) lOMoAR cPSD| 58737056 •
FDM (Phân chia theo tần số): Mỗi kênh truyền sử dụng một dải tần riêng biệt.
TDM (Phân chia theo thời gian): Mỗi kênh truyền sử dụng một khoảng thời gian riêng trong chu kỳ. •
Statistical Multiplexing (Ghép kênh thống kê): Chia sẻ tài nguyên mạng linh hoạt theo
nhu cầu thực tế, tăng hiệu suất. •
Chuyển tiếp – lưu trữ (Store-and-Forward): Gói dữ liệu được lưu tạm tại mỗi nút
trung gian trước khi chuyển tiếp – đơn giản nhưng có độ trễ.
3. Kỹ thuật truyền dẫn và ghép kênh:
o Các phần tử cơ bản của một hệ thống truyền dẫn.
• Phương tiện vật lý (Physical Media): như cáp đồng, cáp quang, sóng vô tuyến.
• Tín hiệu (Signal): biểu diễn các bit dữ liệu truyền qua môi trường vật lý.
• Mã hóa dữ liệu (Encoding): chuyển đổi dãy bit thành tín hiệu có thể truyền.
• Thiết bị truyền/nhận: NIC, bộ phát tín hiệu, bộ thu tín hiệu.
o Các phương thức điều chế cơ bản (AM, FM, PM...) và ứng dụng của chúng.
• AM (Amplitude Modulation – điều biên): Biến đổi biên độ sóng mang. Dùng trong phát thanh AM.
• FM (Frequency Modulation – điều tần): Biến đổi tần số sóng mang. Dùng trong phát thanh FM.
• PM (Phase Modulation – điều pha): Biến đổi pha của sóng mang. Dùng trong các hệ thống
kỹ thuật số hiện đại.
o Các kỹ thuật ghép kênh FDM và TDM, cấu trúc khung PCM.
FDM (Frequency Division Multiplexing):
• Mỗi kênh được phân bổ một dải tần riêng biệt.
• Dùng cho hệ thống analog như radio, truyền hình cáp.
Downloaded by Bao Ngoc (baongoc32@gmail.com) lOMoAR cPSD| 58737056
TDM (Time Division Multiplexing):
• Mỗi kênh được phân bổ một khoảng thời gian cố định để truyền.
• Dùng phổ biến trong mạng số (như truyền dẫn PCM).
Downloaded by Bao Ngoc (baongoc32@gmail.com) lOMoAR cPSD| 58737056
Cấu trúc khung PCM (Pulse Code Modulation):
• PCM là kỹ thuật biến đổi tín hiệu analog thành số.
• Một khung PCM chuẩn có 125 µs, chứa 32 time slots (khe thời gian):
o 30 khe mang dữ liệu thoại (voice) o 2 khe dành cho tín hiệu báo hiệu và đồng bộ hóa.
o Các môi trường truyền dẫn (cáp đồng, cáp quang, vô tuyến, vệ tinh) và đặc tính của chúng.
Môi trường truyền dẫn Đặc điểm chính Cáp đồng (Copper)
Rẻ, dễ triển khai, nhiễu cao, cự ly ngắn Cáp quang (Fiber)
Băng thông cao, miễn nhiễu, cự ly xa, chi phí cao hơn Vô tuyến (Wireless)
Di động, dễ triển khai, dễ bị nhiễu, bảo mật yếu hơn Vệ tinh (Satellite)
Phủ sóng rộng, độ trễ cao, chi phí cao, nhạy với thời tiết
4. Kỹ thuật báo hiệu:
o Các hệ thống báo hiệu trong mạng PSTN, mạng thông tin di động và mạng IP. •
PSTN: o Dùng hệ thống SS7 (Signaling System No. 7).
o Quản lý cuộc gọi, định tuyến, dịch vụ thoại. • Mạng di động (GSM):
o Cũng dùng SS7, kết hợp các giao thức như MAP, BSSAP.
o Dùng cho định vị, chuyển vùng, xác thực thuê bao. • Mạng IP (VoIP):
o Dùng các giao thức báo hiệu như SIP, H.323, MGCP. o Quản lý thiết lập và kết
thúc phiên thoại qua Internet.
o Vấn đề tương thích và phối hợp các hệ thống báo hiệu. •
Khác biệt về giao thức giữa PSTN, di động và IP gây khó kết nối. •
Cần gateway chuyển đổi báo hiệu (ví dụ: SS7 ↔ SIP). lOMoAR cPSD| 58737056 •
SIGTRAN cho phép truyền báo hiệu SS7 qua IP. •
Cần tuân theo các chuẩn quốc tế để đảm bảo tương thích mạng.
5. Đồng bộ mạng viễn thông:
o Khái niệm chung và cơ chế đồng bộ trong hệ thống viễn thông. •
Đồng bộ (Synchronization) là quá trình đảm bảo các thiết bị và hệ thống trong mạng hoạt
động cùng nhịp thời gian chính xác, giúp truyền dẫn dữ liệu ổn định và không bị lỗi. •
Mục đích: o Tránh mất dữ liệu, trễ hoặc lỗi khung trong truyền dẫn số.
o Duy trì tính toàn vẹn của tín hiệu trong hệ thống chuyển mạch và truyền dẫn. • Cơ chế đồng bộ:
o Đồng bộ thời gian (Time Synchronization): dùng tín hiệu chuẩn để đồng bộ đồng hồ hệ thống.
o Đồng bộ tần số (Frequency Synchronization): đảm bảo các thiết bị truyền tín hiệu ở cùng tần số. •
Các hệ thống viễn thông hiện đại thường sử dụng nguồn đồng bộ chuẩn quốc gia
(Primary Reference Clock – PRC) hoặc các thiết bị như GPS, SSU (Synchronization Supply Unit).
o Cấu trúc mạng đồng bộ. •
Cấu trúc mạng đồng bộ gồm nhiều tầng thiết bị đồng bộ hóa:
1. Nguồn đồng bộ gốc (PRC): cung cấp tín hiệu chuẩn có độ chính xác cao.
2. Thiết bị phân phối đồng bộ (SSU): phân phối tín hiệu từ PRC tới các nút mạng.
3. Thiết bị đồng bộ cục bộ (SLAVE/SEC): nhận tín hiệu đồng bộ từ SSU hoặc PRC. •
Các mô hình đồng bộ phổ biến:
o Đồng bộ bám theo (Traceable Mode): tất cả thiết bị đều nhận tín hiệu từ nguồn chính.
o Đồng bộ vòng (Loop Mode): tín hiệu đồng bộ truyền theo chuỗi thiết bị. lOMoAR cPSD| 58737056
o Mạng đồng bộ phân tán (Mutual Synchronization): các thiết bị đồng bộ với nhau
thay vì phụ thuộc một nguồn chính.
6. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của mạng di động GSM:
o Các thành phần của mạng GSM (MS, BTS, BSC, MSC, VLR, HLR...)
MS (Mobile Station): Thiết bị di động + SIM. •
BTS: Trạm phát sóng, giao tiếp với MS. •
BSC: Quản lý nhiều BTS, điều khiển tài nguyên vô tuyến. •
MSC: Trung tâm chuyển mạch, thiết lập cuộc gọi. •
HLR: Lưu thông tin thuê bao vĩnh viễn. •
VLR: Lưu thông tin thuê bao tạm thời (roaming). •
AuC, EIR: Xác thực thuê bao và thiết bị.
o Các giao diện trong mạng GSM (A, Abis...). • Um: MS ↔ BTS • Abis: BTS ↔ BSC • A: BSC ↔ MSC •
B-G: Trong lõi mạng (MSC, HLR, VLR…)
o Quy trình thiết lập cuộc gọi, handover, location update... •
Cuộc gọi đi: MS → BTS → BSC → MSC → mạng đích •
Handover: Chuyển tiếp cuộc gọi khi di chuyển giữa vùng phủ sóng Location
update: Cập nhật vị trí khi thuê bao di chuyển sang vùng mới
7. Các giao thức truyền số liệu:
o Các giao thức phổ biến (TCP, IP, UDP, HTTP, FTP...) o
Chức năng và ứng dụng của từng giao thức.
1. TCP (Transmission Control Protocol)
Loại: Hướng kết nối, tin cậy Chức năng: lOMoAR cPSD| 58737056
o Thiết lập kết nối trước khi truyền dữ liệu o
Đảm bảo dữ liệu không mất, đúng thứ tự o
Điều khiển luồng, điều khiển tắc nghẽn •
Ứng dụng: Web (HTTP), Email (SMTP), truyền file (FTP)
2. UDP (User Datagram Protocol) •
Loại: Không kết nối, không đảm bảo tin cậy Chức năng:
o Gửi nhanh, không cần thiết lập kết nối
o Không đảm bảo đến nơi hay đúng thứ tự •
Ứng dụng: Truyền media (video, audio), DNS, VoIP, game online 3. IP (Internet Protocol) • Chức năng:
o Định tuyến gói tin từ nguồn đến đích o
Cung cấp địa chỉ IP cho các thiết bị o Không đảm bảo tin cậy • Loại: IPv4, IPv6 •
Ứng dụng: Mọi giao tiếp trên Internet đều đi qua IP
4. HTTP (HyperText Transfer Protocol) Chức năng:
o Giao thức ứng dụng để truyền tài liệu web (HTML, hình ảnh...) o Dựa trên TCP •
Ứng dụng: Duyệt web (trình duyệt: Chrome, Firefox...)
5. FTP (File Transfer Protocol) • Chức năng: lOMoAR cPSD| 58737056
o Truyền file giữa client ↔ server o Hỗ
trợ đăng nhập, phân quyền Ứng
dụng: Upload/download dữ liệu, website
8. Các phương pháp truy nhập mạng:
o Các phương pháp truy nhập phổ biến
(CSMA/CD, Token Ring o Ưu nhược
điểm của từng phương pháp.
1. CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
📍 Dùng trong: Ethernet truyền thống (có dây, hub) Nguyên lý hoạt động: •
Thiết bị “nghe” kênh trước khi gửi. •
Nếu kênh rảnh → gửi ngay. •
Nếu có va chạm (collision) → dừng gửi, chờ ngẫu nhiên rồi gửi lại. Ưu điểm: •
Dễ triển khai, chi phí thấp. •
Phù hợp cho mạng nhỏ, lưu lượng vừa phải. Nhược điểm: •
Dễ xảy ra xung đột khi nhiều thiết bị gửi cùng lúc. •
Tốc độ giảm mạnh khi số thiết bị tăng. •
Không hiệu quả với mạng lớn hoặc tải cao.
2. Token Ring (Truy cập theo vòng với “thẻ” điều khiển)
📍 Dùng trong: Mạng ring (vòng), chủ yếu là IBM trước đây Nguyên lý hoạt động: •
Một “token” (thẻ) sẽ di chuyển vòng quanh mạng. lOMoAR cPSD| 58737056 •
Thiết bị nào giữ token mới được phép gửi dữ liệu. Ưu điểm: •
Không có va chạm dữ liệu. •
Hiệu suất ổn định ngay cả khi nhiều thiết bị tham gia. Nhược điểm: •
Cấu trúc phức tạp hơn Ethernet. •
Nếu một thiết bị trong vòng lỗi → cả mạng có thể bị ảnh hưởng. •
Chậm hơn Ethernet hiện đại, tốn chi phí bảo trì.
9. Các phương thức chuyển mạch và định tuyến trong truyền số liệu:
o So sánh chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. lOMoAR cPSD| 58737056 lOMoAR cPSD| 58737056
o Các thuật toán định tuyến cơ bản.
1. Link State (Trạng thái liên kết): •
Mỗi router biết toàn bộ sơ đồ mạng. •
Tính đường đi ngắn nhất bằng thuật toán Dijkstra. •
Nhanh, chính xác, nhưng phức tạp hơn. • Ví dụ: OSPF
2. Distance Vector (Vector khoảng cách): •
Router chỉ biết khoảng cách đến đích qua hàng xóm. •
Cập nhật định kỳ bằng thuật toán Bellman-Ford. •
Đơn giản, nhưng dễ bị loop và chậm hội tụ. • Ví dụ: RIP lOMoAR cPSD| 58737056
3. Hierarchical Routing (Định tuyến phân cấp): •
Chia mạng thành các vùng để giảm tải bảng định tuyến. •
Hiệu quả cho mạng lớn như Internet.
10. Các công nghệ mạng khác nhau:
o So sánh các công nghệ mạng khác nhau (LAN, WAN, MAN...) o
Ứng dụng và đặc điểm của từng loại mạng.