Phần trước của Series Nhập môn mạng máy tính đã đề cập đến các loại mạng truy cập trong đó sử dụng các loại cáp đồng trục, cáp xoắn đôi, cáp quang và đường vô tuyến. Phần này sẽ khảo sát tổng quan về các loại phương tiện truyền dẫn đã nhắc đến và một vài loại khác thường được dùng để truy cập Internet.
Các phương tiện truyền dẫn
Để định nghĩa phương tiện truyền dẫn là gì, hãy xem xét về quá trình truyền nhận một bit. Xét quá trình truyền một bit từ một thiết bị đầu cuối, qua một dãy đường truyền và bộ định tuyến, để đến một thiết bị đầu cuối khác.
Trước tiên, bên gửi truyền bit này đến bộ định tuyến đầu tiên, và sau đó thì bộ định tuyến này lại truyền bit này đến bộ định tuyến kế tiếp, và cứ như vậy cho đến khi bit này được truyền đến bên nhận. Như vậy khi đi từ nguồn đến đích, bit này đi qua một dãy các cặp gửi-nhận nằm dọc theo đường đi của bit. Với mỗi cặp gửi nhận, bit này được gửi đi nhờ sự lan truyền của sóng điện từ hoặc xung quang học qua các phương tiện truyền dẫn.
Phương tiện truyền dẫn có thể ở các chất liệu và hình thức khác nhau, và không nhất thiết phải giống nhau cho các cặp gửi-nhận dọc theo đường đi của bit. Có thể kể ra các phương tiện truyền dẫn như cáp xoắn cặp, cáp đồng trục, cáp quang, dải sóng radio mặt đất, và dải sóng radio vệ tinh. Có thể chia các phương tiện truyền dẫn thành hai nhóm: phương tiện có dẫn hướng (guided media) và phương tiện không có dẫn hướng (unguided media).
Với phương tiện có dẫn hướng, sóng tín hiệu được dẫn hướng dọc theo chiều dài vật dẫn, chẳng hạn như cáp quang, cáp xoắn cặp, hoặc cáp đồng trục. Còn với phương tiện truyền không có dẫn hướng, sóng tín hiệu được lan truyền trong không khí hoặc ngoài không gian, như mạng vô tuyến hoặc mạng vệ tinh.
Truyền dẫn bằng cáp đồng xoắn cặp
Loại phương tiện truyền dẫn có chi phí thấp nhất và được thông dụng nhất chính là cáp đồng xoắn cặp (twisted-pair copper wire, còn gọi tắt là cáp xoắn cặp).
Nó đã được sử dụng hơn một trăm năm nay trong mạng điện thoại. Thật ra, trên 99% của kết nối hữu tuyến từ máy điện thoại đến bộ chuyển mạch điện thoại cục bộ (local telephone switch) là cáp xoắn cặp.
Cáp xoắn cặp gồm hai sợi dây đồng được bọc cách điện, mỗi sợi dày khoảng 1 mm, được xoắn vào nhau nhằm giảm nhiễu điện từ xuất hiện khi có cặp dây dẫn điện nằm gần nhau. Thông thường, nhiều cặp xoắn được gộp lại trong một bó và được bọc trong một lớp vỏ bảo vệ. Cứ một cặp xoắn tạo thành một liên kết truyền thông giữa bên gửi và bên nhận.
Cáp xoắn cặp không có lớp bảo vệ (unshielded twisted pair, viết tắt là UTP) là loại cáp thông dụng trong các mạng máy tính trong một tòa nhà, tức cho mạng cục bộ (LAN). Tốc độ truyền dữ liệu của LAN dùng cáp xoắn cặp hiện nay khoảng từ 10 Mbps đên 1 Gbps. Tốc độ dữ liệu đạt được trong thực tế phụ thuộc vào đường kính của dây dẫn và khoảng cách giữa bên gửi và bên nhận.
Khi kỹ thuật cáp quang xuất hiện vào thập niên 1980, nhiều người đã chê bai cáp xoắn cặp do tốc độ truyền tương đối thấp của nó. Thậm chí một số người đã cho rằng kỹ thuật cáp quang là sự thay thế hoàn hảo cho cáp xoắn cặp. Nhưng cáp xoắn cặp đã không bỏ cuộc dễ dàng như thế. Các kỹ thuật cáp xoắn cặp hiện đại, như UTP loại 5, có thế đạt đến tốc độ 1 Gbps ở khoảng cách trong vòng 100 mét. Cáp xoắn cặp đã bộc lộ là giải pháp thống trị cho mạng LAN tốc độ cao.
Như đã đề cập trước đây, cáp xoắn cặp cũng được sử dụng phổ biến cho truy cập Internet từ hộ gia đình. Với kỹ thuật modem quay số, người dùng có thể truy cập mạng với tốc độ lên tới 56 Kbps. Còn với kỹ thuật DSL, người dùng có thế truy cập Internet với tôc độ trên 6 Mbps với cáp xoắn cặp.
Truyền dẫn bằng cáp đồng trục
Giống như cáp xoắn cặp, cáp đồng trục bao gồm hai lớp dây dẫn đồng tâm, làm bằng kim loại đồng. Với cấu trúc này, cùng với sự cách điện và bao bọc đặc biệt, cáp đồng trục có tốc độ truyền bit tương đối cao. Cáp đồng trục được sử dụng phổ biến trong các hệ thống truyền hình cáp.
Như đã đề cập trước đây, hệ thống truyền hình cáp được tích hợp với modem cáp nhằm cho phép những người dùng từ hộ gia đình có thể truy cập Internet ở tốc độ khoảng 1 Mbps hoặc hơn nữa. Trong truyền hình cáp và truy cập Internet từ cáp, bên gửi có thể chuyển tín hiệu số lên một băng tần nhất định, và tín hiệu analog sinh ra có thể được gửi đi từ bên gửi đến một hoặc nhiều bên nhận.
Cáp đồng trục có thể được dùng như một phương tiện truyền dẫn dùng chung có dẫn hướng. Cụ thể, một số thiết bị đầu cuối có thế cùng được kết nối trực tiếp vào cáp, mỗi thiết bị đầu cuối có thể nhận bất cứ tín hiệu nào được một thiết bị đầu cuối khác gửi lên cáp.
Truyền dẫn bằng cáp quang
Cáp quang là sợi cáp mỏng, mềm, truyền dẫn được các xung ánh sáng, mỗi xung đại diện cho một bit. Một sợi cáp quang có thể truyền bit ở một tốc độ rất cao, lên đến hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm gigabits trong một giây. Chúng hoàn toàn miễn nhiễu điện từ, mức độ suy giảm tín hiệu rất thấp trên đoạn cáp chiều dài hàng trăm ki-lô-mét, và rất khó bị nghe trộm. Các đặc tính này làm cho cáp quang trờ thành một phương tiện truyền dẫn đường dài được ưa chuộng, đặc biệt là các đường truyền xuyên đại dương.
Nhiều mạng điện thoại ở Mỹ và một số nơi khác giờ đây chỉ toàn sử dụng cáp quang. Cáp quang cũng thông dụng trong mạng xương sống của Internet. Tuy nhiên, chi phí còn đắt của thiết bị quang – như bộ phát, bộ thu, và các bộ chuyển – đã phần nào làm hạn chế việc triển khai cho truyền thông ở khoảng cách ngắn, như trong mạng LAN hoặc trong mạng gia đình.
Tốc độ đường truyền tiêu chuẩn OC (viết tắt của Optical Carrier) có phạm vi từ 51.8 Mbps tới 39.8 Gbps; các đặc tả này thường được nhắc đến dưới dạng OC-n, trong đó tốc độ đường cáp quang được xác định bằng công thức n X 51.8 Mbps. Các tiêu chuẩn được sử dụng hiện nay gồm có OC-1, OC-3, OC-12, OC-24, OC-48, OC-96, OC-192, OC-768.
Truyền dẫn bằng kênh radio mặt đất
Kênh radio mang các tín hiệu ở dạng sóng điện từ. Chúng là một môi trường truyền thú vị bởi vì chúng không cần dây cáp dẫn tín hiệu, có thể xuyên tường, mang lại một khả năng kết nối những người dùng di động, và còn có tiềm năng mang chuyển các tín hiệu đi xa. Đặc điểm của kênh truyền radio phụ thuộc đáng kể vào môi trường truyền dẫn và khoảng cách mà tín hiệu di chuyển.
Kênh radio mặt đất có thể phân thành hai nhóm: một nhóm làm việc ở tầm khu vực cục bộ, thường trải từ vài chục đến vài trăm mét; và nhóm kia làm việc ở khu vực rộng, trải dài hàng chục ki-lô-mét. Các kỹ thuật mạng cục bộ vô tuyến đã đề cập sử dụng kênh truyền radio khu vực cục bộ; còn kỹ thuật truy cập qua mạng tế bào (tức mạng điện thoại di động) sử dụng kênh radio tầm khu vực rộng.
Truyền dẫn bằng kênh radio vệ tinh
Một vệ tinh truyền thông sẽ liên kết giữa hai hoặc nhiều trạm gửi/nhận trên mặt đất phát theo sóng cực ngắn (microwave). Vệ tinh sẽ nhận tính hiệu ở một băng tầng, phát lại tín hiệu này nhờ vào các bộ lặp (repeater) và gửi tiếp tín hiệu trên một băng tầng khác. Các vệ tinh có thể truyền với tốc độ gigabit/giây. Có hai loại vệ tinh sử dụng trong truyền thông:
- Vệ tinh tĩnh địa (geostationary satellites) – Xem thêm về Quỹ đạo địa tĩnh: https://en.wikipedia.org/wiki/Geostationary_orbit
- Vệ tinh tầm thấp (low-altitude satellites)
Vệ tinh địa tĩnh duy trì cố định khoảng cách so với mặt đất. Vệ tinh này hoạt động trong quỹ đạo cố định cách mặt đất 36,000 km. Tuy cách khá xa mặt đất, nhưng vệ tinh loại này có thể truyền nhận với tốc độ vài trăm Mbps. Vệ tinh loại này đang được dùng cho mạng điện thoại và mạng lõi của Internet.
Vệ tinh tầm thấp ở gần trái đất hơn, và cũng không nhất thiết hoạt động cố định trong cùng một quỹ đạo. Nó quay quanh trái đất, giống như mặt trăng. Vệ tinh loại này có thê được dùng cho truy cập Internet trong tương lai gần.
Tổng kết
Như vậy chúng ta đã tìm hiểu khái quát qua các phương tiện đóng vai trò dẫn tuyền kết nối trong môi trường Internet. Phần sau của series này sẽ khảo sát về phần mạng lõi của Internet.
bai viet hay