Truyền dẫn dữ liệu

Truyền dẫn dữ liệu có nghĩa là di chuyển dữ liệu từ nơi này sang nơi khác — ví dụ từ máy tính của bạn đến một trang web, hoặc từ điện thoại đến máy in.

Dữ liệu thường chạy dọc theo cáp. Hai loại cáp phổ biến được hiển thị bên dưới.

Trước khi gửi, dữ liệu được tách thành các mảnh nhỏ có kích thước bằng nhau gọi là gói. Mỗi gói truyền riêng lẻ và chúng được ghép lại với nhau ở đầu kia.

Việc sử dụng gói mang lại lợi ích:

• nếu một gói bị mất hoặc hư hỏng, chỉ gói đó được gửi lại, không phải toàn bộ tập tin;
• các gói có thể đi qua các tuyến đường khác nhau, vì vậy các tuyến đường bận rộn hoặc bị hỏng có thể được tránh khỏi;
• nhiều người dùng có thể cùng chia sẻ một kết nối tại cùng một thời điểm.

Mỗi gói đều có ba phần.

Tiêu đề gói chứa:

• địa chỉ IP của người gửi (nơi gói đến từ),
• địa chỉ IP của người nhận (nơi nó đang đi tới),
• số thứ tự gói (để các gói có thể được ghép lại theo đúng thứ tự).

Chuyển đổi gói là cách các gói được gửi trên mạng.

• Các thiết bị đặc biệt gọi là bộ định tuyến đọc tiêu đề của từng gói và chọn tuyến đường tốt nhất cho nó.
• Mỗi gói có thể đi theo lộ trình riêng, vì vậy các gói có thể di chuyển theo các hướng khác nhau.
• Các gói có thể đến không theo thứ tự.
• Khi gói cuối cùng đã đến, các gói sẽ được sắp xếp lại dựa trên số thứ tự gói.

Serial và song song

Serial gửi một bit sau một bit dọc theo một dây duy nhất. Song song gửi nhiều bit cùng lúc dọc theo nhiều dây, do đó nó nhanh hơn trên khoảng cách ngắn.

Đơn công, bán song công và song công đầy đủ

Những thuật ngữ này mô tả hướng mà dữ liệu có thể di chuyển.

Chọn phương pháp

Lựa chọn phụ thuộc vào khoảng cách, tốc độ cần thiết, chi phí, và liệu dữ liệu có phải di chuyển hai chiều cùng lúc hay không.

Bus serial phổ quát (USB) là một giao diện (điểm kết nối) phổ biến dùng để kết nối các thiết bị với máy tính.

Lợi ích:

• cùng một đầu nối được sử dụng bởi nhiều thiết bị (một chuẩn duy nhất);
• thiết bị được phát hiện tự động và driver phù hợp được tải lên;
• nó cung cấp nguồn điện, do đó có thể sạc hoặc vận hành thiết bị;
• đầu nối chỉ phù hợp theo một hướng, nên khó cắm sai.

Nhược điểm:

• cáp chỉ có thể dài ở mức hạn chế (vài mét);
• các phiên bản USB cũ hơn chậm hơn các phiên bản mới;
• tốc độ truyền có thể thấp hơn so với một số loại kết nối khác.

Trong khi dữ liệu đang di chuyển, nhiễu có thể làm thay đổi nó. Ba điều có thể xảy ra:

• mất dữ liệu — một số bit không đến được đích;
• thêm dữ liệu — các bit bổ sung được thêm vào;
• thay đổi dữ liệu — một số bit bị đảo ngược.

Vì vậy, người nhận kiểm tra xem dữ liệu có đến đúng hay không.

Kiểm tra tính chẵn lẻ

Một kiểm tra tính chẵn lẻ thêm một bit bổ sung, gọi là bit chẵn lẻ, vào mỗi byte. Có hai loại:

• tính chẵn lẻ chẵn — tổng số lượng số 1 trong byte (bao gồm cả bit chẵn lẻ) phải là số chẵn;
• tính chẵn lẻ lẻ — tổng số lượng số 1 phải là số lẻ.

Ví dụ (tính chẵn lẻ chẵn): dữ liệu 1011001 có bốn số 1, vốn đã là số chẵn, nên bit chẵn lẻ sẽ là 0:

parity bit + data
    0        1011001

Để tìm lỗi: người nhận đếm số lượng số 1. Nếu thỏa thuận sử dụng tính chẵn lẻ chẵn nhưng một byte xuất hiện với số lượng số 1 lẻ, thì đã có lỗi xảy ra trong quá trình truyền.

Kiểm tra tính chẵn lẻ không thể phát hiện mọi lỗi. Nếu hai bit bị đảo ngược, tổng đếm vẫn có thể trông hợp lệ.

Ví dụ minh họa. Một bit chẵn lẻ đơn lẻ cho bạn biết rằng một lỗi đã xảy ra, nhưng không cho biết ở đâu. Một khối chẵn lẻ có thể xác định chính xác bit nào. Nhiều byte được gửi cùng lúc, mỗi byte có một bit chẵn lẻ hàng riêng, và một byte chẵn lẻ bổ sung ở phía dưới chứa một bit chẵn lẻ cho mỗi cột. Tính chẵn lẻ chẵn được sử dụng ở bên dưới, và một bit đã bị đảo ngược trong quá trình truyền. Hãy tìm nó.

          b1 b2 b3 b4 b5 | parity
 byte 1    1  0  1  1  0 |   1
 byte 2    0  1  1  0  1 |   1
 byte 3    1  1  1  1  0 |   1    <- row: odd number of 1s
 byte 4    0  0  1  1  0 |   0
 ------------------------------
 parity    0  0  1  1  1 |   1
                 ^ column b3: odd number of 1s

Hàng byte 3 vi phạm tính chẵn lẻ chẵn, và cột b3 cũng vi phạm tính chẵn lẻ chẵn. Bit bị đảo ngược nằm ở nơi giao cắt của chúng: byte 3, bit b3. Thay đổi nó trở lại từ 1 sang 0 sẽ sửa chữa dữ liệu. Một bit chẵn lẻ đơn lẻ chỉ báo hiệu rằng có lỗi; một khối chẵn lẻ chỉ ra chính xác vị trí, vì vậy người nhận thậm chí có thể tự sửa chữa.

Tổng kiểm tra

Một tổng kiểm tra là giá trị được tính toán từ tất cả dữ liệu trước khi gửi. Người nhận tính toán lại tổng kiểm tra từ dữ liệu họ nhận được. Nếu hai giá trị không khớp, đã có lỗi xảy ra và dữ liệu sẽ được gửi lại.

Kiểm tra phản hồi

Trong kiểm tra phản hồi, người nhận gửi dữ liệu quay trở lại người gửi. Người gửi so sánh nó với bản gốc. Nếu chúng khác nhau, lỗi đã xảy ra. (Điều này đòi hỏi dữ liệu phải được gửi hai lần, do đó nó khá chậm.)

Yêu cầu lặp lại tự động (ARQ)

Yêu cầu lặp lại tự động (ARQ) sử dụng các tin nhắn gọi là xác nhận.

• Người nhận gửi xác nhận tích cực nếu gói tin đến đúng, hoặc xác nhận tiêu cực nếu không.
• Người gửi bắt đầu bộ hẹn giờ hết hạn. Nếu không có xác nhận tích cực nào quay về trong thời gian quy định, người gửi sẽ gửi lại gói tin.

Digit kiểm tra

Một digit kiểm tra là một chữ số bổ sung được đặt ở cuối một dãy số, được tính toán dựa trên các chữ số còn lại. Nó được sử dụng để phát hiện sai sót khi một dãy số được nhập bằng tay.

Khi dãy số được nhập, digit kiểm tra được tính toán lại và so sánh. Nó có thể bắt được:

• một digit không chính xác được nhập,
• lỗi hoán vị (hai digit bị hoán đổi, ví dụ 21 nhập thành 12),
• một digit bị bỏ sót hoặc thêm thừa digit,
• lỗi phát âm (một digit nghe tương tự, ví dụ 13 và 30).

Digit kiểm tra được sử dụng trong vạch mã và ISBN (số sách).

Tại sao chúng ta cần mã hóa

Mã hóa làm rối dữ liệu để nó không thể được hiểu nếu bị nghe lén (bắt giữ) bởi người không mong muốn. Dữ liệu có thể đọc được gọi là dữ liệu rõ; sau khi mã hóa, nó trở thành dữ liệu mã hóa.

Mã hóa không ngăn chặn dữ liệu bị nghe lén. Nó chỉ ngăn việc dữ liệu bị hiểu.

Mã hóa đối xứng

Mã hóa đối xứng sử dụng một khóa duy nhất để vừa mã hóa vừa giải mã dữ liệu. Người gửi và người nhận phải chia sẻ khóa bí mật này. Rủi ro là chính khóa đó có thể bị đánh cắp trong quá trình chia sẻ.

Mã hóa bất đối xứng

Mã hóa bất đối xứng sử dụng hai khóa khác nhau:

• một khóa công khai mà bất cứ ai cũng có thể sở hữu, dùng để mã hóa;
• một khóa riêng tư được giữ kín, dùng để giải mã.

Dữ liệu được mã hóa bằng khóa công khai chỉ có thể được giải mã bằng khóa riêng tư tương ứng, vì vậy khóa không bao giờ cần được chia sẻ. Điều này an toàn hơn so với việc chia sẻ một khóa bí mật duy nhất.

*Mã hóa đối xứng sử dụng một khóa chung; mã hóa bất đối xứng sử dụng khóa công khai để mã hóa và khóa riêng tư để giải mã

• Dữ liệu được gửi dưới dạng gói tin (một phần đầu chứa địa chỉ và số gói tin, phần dữ liệu tải, và phần đuôi). Gói tin có thể đi qua các tuyến đường khác nhau và đến không theo thứ tự, sau đó được sắp xếp lại theo số gói tin.
• Phân loại các loại truyền: truyền tuần tự (một bit một lúc, tốt cho khoảng cách xa) so với truyền song song (nhiều bit cùng lúc, khoảng cách ngắn); đơn hướng / bán song hướng / song hướng mô tả chiều truyền.
• Một bit chẵn lẻ đơn lẻ chỉ cho thấy rằng có lỗi; một khối chẵn lẻ xác định chính xác bit sai — hàng và cột đều không thỏa mãn.
• Học các phương pháp phát hiện lỗi và chức năng của từng cái: kiểm tra tính chẵn lẻ, tổng kiểm tra, kiểm tra phản hồi, ARQ, và digit kiểm tra (cho các số nhập bằng tay).
• Mã hóa đối xứng sử dụng một khóa chung; mã hóa bất đối xứng sử dụng khóa công khai để mã hóa và khóa riêng tư để giải mã, vì vậy không bao giờ có khóa bí mật nào được chia sẻ.