Đã đăng vào thg 7 26, 9:00 SA 14 phút đọc

254

Types of transmission media in computer network - Phương tiện truyền dẫn trong mạng máy tính

I. Mở đầu

Phương tiện truyền dẫn trong mạng máy tính (Types of transmission media in computer network) đề cập đến các đường dẫn kết nối các thiết bị mạng khác nhau và tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền dữ liệu. Các phương tiện này rất quan trọng để liên lạc giữa các thiết bị trong mạng, chẳng hạn như máy tính, máy chủ và bộ định tuyến. Việc lựa chọn phương tiện truyền dẫn ảnh hưởng đến tốc độ, dung lượng, chi phí và các yêu cầu bảo trì của mạng.

Phương tiện truyền dẫn được chia thành hai nhóm chính: Truyền dẫn hữu tuyến (Guided media/Bounded media) và truyền dẫn vô tuyến (Unguided media/Boundless media). Tín hiệu truyền thông được truyền dưới dạng sóng điện từ.

II. Guided media/Bounded media

Trong truyền dẫn hữu tuyến (guided media/bounded media), hay truyền dẫn được dẫn hướng, sóng được truyền dọc theo một đường truyền đặc thông qua liên kết vật lý cố định là các dây cáp. Một số đặc điểm của truyền dẫn hữu tuyến:

Tốc độ cao
Bảo mật tốt
Hữu dụng cho các khoảng cách đối tượng không lớn

Một số loại phương tiện truyền dẫn hữu tuyến: cáp đồng trục (coaxial cable), cáp xoắn đôi (twisted pair), cáp quang (optical fibre), dây đồng (copper wire), ... Chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu đặc điểm và ứng dụng của mỗi loại.

1. Cáp đồng trục (coaxial cable)

Cáp đồng trục (coaxial cable) được phát minh bởi kỹ sư và nhà toán học người anh Oliver Heaviside (cấp bằng sáng chế năm $1880$ ), được sử dụng phổ biến trong cuộc sống hiện nay. Cáp đồng trục bao gồm $4$ thành phần chính:

Lõi truyền dẫn trung tâm (inner conductor): nằm trong cùng, có chất liệu bằng dây đồng hoặc dây kim loại mạ đồng xoắn lại với nhau, hay còn được gọi là lõi đồng.
Lớp điện môi/dung môi (dieletric insulator): bọc bên ngoài lõi đồng, làm từ chất liệu plastic rắn, Foam platic, PE, PTFE vừa có tác dụng cố định dây lõi, đồng thời giúp cách ly hai dây dẫn, ngăn cản dòng điện, tín hiệu không bị thất thoát.
Lớp lưới chống nhiễu/dây dẫn (metallic shield): lớp lưới bện kim loại thường được làm bằng thép mạ đồng/bạc, giúp ngăn chặn nhiễm điện từ cho lõi.
Lớp vỏ bọc ngoài (plastic jacket): được làm bằng nhựa PVC giúp bảo vệ dây dẫn khỏi các tác động vật lý bên ngoài.

Cáp đồng trục được sử dụng rộng rãi trong mạng máy tính và truyền hình cáp vì khả năng truyền tải tín hiệu ổn định và chống nhiễu tốt. Nó có thể truyền tải tín hiệu qua khoảng cách dài mà không bị suy giảm đáng kể, đồng thời giảm thiểu sự can nhiễu từ các nguồn tín hiệu khác. Một số ứng dụng của cáp đồng trục có thể kể đến như:

Mạng LAN cổ điển: Sử dụng cáp đồng trục trong môi trường mạng LAN 10Base2, trong đó các máy tính được kết nối với nhau thông qua một đường cáp đồng trục chung.
Kết nối Internet băng thông rộng: Cáp đồng trục kết nối từ tường nhà đến modem cáp, cung cấp dịch vụ internet tốc độ cao.
Hệ thống truyền hình cáp: Sử dụng cáp đồng trục để truyền tải tín hiệu truyền hình từ nhà cung cấp đến hộp giải mã truyền hình (cable box) tại nhà người dùng.

2. Cáp xoắn đôi (twisted pair cable)

Giống như cái tên, chúng ta có thể nhận biết cáp xoắn đôi (twisted pair cable) dễ dàng thông qua các dây đồng được xoắn lại với nhau theo cặp, bao gồm $4$ cặp tất cả. Việc xoắn lại như vậy giúp chống phát xạ nhiễu điện từ, sự xoắn cũng khiến tín hiệu chéo nhau và ngược pha nên nhiễu chéo được triệt tiêu.

Cáp xoắn đôi được chia làm hai loại chính:

Cáp xoắn đôi có vỏ bọc chống nhiễu (Shielded/Screened Twisted Pair - STP)
Cáp xoắn đôi không có vỏ bọc chống nhiễu (Unshielded Twisted Pair UTP)

Cáp xoắn đôi là lựa chọn tối ưu cho nhiều ứng dụng mạng nhờ sự cân bằng giữa chi phí và hiệu suất. Dễ dàng triển khai và bảo trì, cáp xoắn đôi là một trong những phương tiện truyền dẫn dữ liệu quan trọng nhất trong mạng máy tính. Một số ưng dụng của cáp xoắn đôi:

Kết nối máy tính với router/modem: Trong hầu hết các gia đình và văn phòng, cáp xoắn đôi được sử dụng để kết nối máy tính với router hoặc modem.
Hệ thống VoIP: Cáp xoắn đôi hỗ trợ hệ thống điện thoại VoIP, cung cấp dịch vụ thoại qua Internet.
Mạng LAN nội bộ: Trong các tòa nhà văn phòng, cáp xoắn đôi được sử dụng để kết nối máy tính với các thiết bị mạng khác như switch và hub.

3. Cáp quang (Optical fiber cable)

Cáp quang (optical fiber cable) là loại cáp truyền dẫn sử dụng ánh sáng để truyền tải dữ liệu. Bao gôm các thành phần sau:

Lõi (core): nằm trong cùng, là phần trung tâm của cáp quang, thường được làm từ thủy tinh hoặc plastic siêu trong suốt. Lõi là nơi truyền dẫn ánh sáng, chứa tín hiệu quang học.
Lớp phủ bên ngoài lõi (cladding): bao quanh lõi, cũng thường được làm từ thủy tinh hoặc plastic, nhưng có chỉ số khúc xạ khác biệt so với lõi. Lớp phủ này giúp giữ ánh sáng trong lõi thông qua hiện tượng phản xạ toàn phần, ngăn chặn ánh sáng truyền ra ngoài và giảm thiểu sự mất mát tín hiệu.
Lớp bảo vệ (coating): thường làm từ plastic, giúp bảo vệ lõi và lớp phủ khỏi các tác động vật lý như va đập, uốn cong, hoặc môi trường ẩm ướt.
Thành phần tăng cường (strength member): có thể bao gồm sợi Kevlar hoặc các chất liệu tương tự. Tăng cường độ bền của cáp, giúp chịu được lực căng và nén trong quá trình lắp đặt và sử dụng.
Vỏ ngoài (outer jacket): thường được làm từ PVC hoặc các chất liệu chống cháy. Bảo vệ toàn bộ cấu trúc bên trong cáp khỏi các yếu tố môi trường như độ ẩm, hóa chất, nhiệt độ và sự xâm nhập của sinh vật.

Cáp quang đóng một vai trò không thể thay thế trong hệ thống truyền dẫn toàn cầu ngày nay. Với khả năng truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao, độ tin cậy và an toàn cao, cáp quang là lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng đòi hỏi hiệu suất truyền dẫn dữ liệu cực kỳ cao. Một số ứng dụng:

Mạng Internet tốc độ cao: Cáp quang cung cấp đường truyền cho internet tốc độ cao, phục vụ cho cả hộ gia đình và doanh nghiệp.
Hệ thống truyền hình cáp: Sử dụng cáp quang để truyền tải tín hiệu truyền hình chất lượng cao.
Liên lạc quốc tế: Cáp quang biển kết nối dữ liệu giữa các quốc gia, đảm bảo tốc độ truyền dẫn nhanh chóng và ổn định trên toàn cầu.

Tuy có lớp vỏ ngoài bền chắc, cáp quang cũng khó tránh khỏi những tổn hại từ thiên nhiên, chẳng hạn như cá mập cũng có thể là mối đe dọa cho tốc độ mạng nhà bạn!

III. Unguided media/Boundless media

Khi cài đặt các loại cáp trong truyền dẫn hữu tuyến chúng ta có thể gặp một trở ngại như giới hạn độ dài, sự kém linh hoạt do cần cố định dây cáp vật lý, địa hình lặp đặt khó khăn, chi phí lắp đặt, sửa chữa, bảo trì, ... Để khắc phục các nhược điểm đó, có thể áp dụng truyền dẫn vô tuyển (Unguided media/Boundless media) truyền tải thông tin, dữ liệu ở tốc độ ánh sáng. Một số đặc điểm của truyền dẫn vô tuyến:

Tín hiệu được truyền qua không khí
Kém an toàn hơn
Được sử dụng cho các thiết bị có khoảng cách lớn, không cố định vị trí

Chúng ta xét tới ba loại tín hiệu (signal) được truyền qua truyền dẫn vô tuyến:

Sóng radio (Radio waves)
Sóng cực ngắn (Microwaves)
Sóng hồng ngoại (Infrared)

1. Sóng radio (Radio waves)

Sóng radio trong truyền dẫn vô tuyến là một hình thức truyền tải dữ liệu sử dụng sóng vô tuyến (radio waves) thay vì cáp hoặc dây cáp. Với tần số từ $3$ kHz tới $300$ GHz, tương ứng bước sóng từ $10.000$ km tới $1$ mm, sóng radio cho phép các thiết bị trong mạng máy tính gửi và nhận dữ liệu mà không cần kết nối dây. Ví dụ:

Một gia đình sử dụng Wi-Fi để kết nối nhiều thiết bị như laptop, smartphone, và smart TV vào internet mà không cần dây cáp.
Một chiếc điện thoại di động kết nối vào mạng 4G/5G thông qua sóng radio để duyệt web, xem video và gửi tin nhắn.

Sử dụng sóng radio cho phép di động và sử dụng không dây, tiện lợi cho các thiết bị di động., cho phép nhiều thiết bị kết nối đồng thời. Ngoài ra có teher giảm thiểu việc triển khai hạ tầng vật lý do không cần cài đặt dây cáp phức tạp.

2. Sóng cực ngắn (Microwaves)

Sóng cực ngắn là một loại sóng vô tuyến có tần số cao, thường trong khoảng từ $1$ GHz đến $300$ GHz, có bước sóng ngắn, chỉ từ vài millimet đến vài sentimet. Được sử dụng để truyền tải dữ liệu không dây với tốc độ và độ tin cậy cao, ít bị nhiễu, thích hợp cho việc truyền video, âm thanh và dữ liệu lớn trong mạng máy tính. Một số ví dụ:

Mạng di động 5G sử dụng sóng cực ngắn để cung cấp tốc độ internet siêu nhanh cho điện thoại di động và thiết bị khác.
Kết nối Wi-Fi trong nhà sử dụng sóng cực ngắn để cho phép nhiều thiết bị kết nối đồng thời và truy cập internet.

3. Sóng hồng ngoại (Infrared)

Sóng hồng ngoại là dạng sóng điện từ có tần số cao hơn so với sóng radio, nhưng thấp hơn so với ánh sáng nhìn thấy bằng mắt người. Sóng này không thể nhìn thấy bằng mắt thường mà phải sử dụng thiết bị như máy ảnh hồng ngoại hoặc cảm biến hồng ngoại để phát hiện.

Máy điều khiển từ xa: Điều khiển TV hoặc thiết bị giải trí khác bằng sóng hồng ngoại để thay đổi kênh, tăng giảm âm lượng, hoặc thực hiện các thao tác khác từ xa.
Cảm biến hồng ngoại: Sử dụng cảm biến hồng ngoại trong các hệ thống an ninh để phát hiện chuyển động hoặc trong thiết bị y tế để đo nhiệt độ cơ thể.

Tài liệu tham khảo

Computer Network