Các dạng giao thức truyền thông trong truyền dẫn dữ liệu thông minh

Giao thức truyền thông hay còn được gọi là giao thức giao tiếp được hiểu là một tập hợp các quy tắc và quy ước chuẩn hóa quy định cách dữ liệu được trao đổi giữa các thiết bị hoặc hệ thống trong mạng. Các giao thức này đảm bảo rằng các thiết bị có thể hiểu nhau và giao tiếp hiệu quả, tạo điều kiện thuận lợi cho việc trao đổi thông tin liền mạch.

Các yếu tố chính của giao thức truyền thông

1. Cấu trúc dữ liệu (Data Format): Quy định cách dữ liệu được đóng gói (packaging) để truyền đi, bao gồm:

   • Đầu gói (Header): Chứa thông tin điều khiển như địa chỉ nguồn và đích, mã kiểm tra lỗi.
   • Dữ liệu (Payload): Thông tin chính được truyền.
   • Đuôi gói (Footer): Thường chứa thông tin kiểm tra tính toàn vẹn dữ liệu.

2. Phương thức truyền dữ liệu (Transmission Method):

   • Tuần tự (Serial): Dữ liệu được truyền từng bit một.
   • Song song (Parallel): Nhiều bit được truyền đồng thời qua nhiều kênh.

3. Đồng bộ hóa (Synchronization): Đảm bảo thiết bị gửi và nhận đồng bộ với nhau trong quá trình truyền.

4. Phát hiện và sửa lỗi (Error Detection and Correction):

   • Sử dụng các kỹ thuật như mã CRC (Cyclic Redundancy Check) để kiểm tra tính toàn vẹn dữ liệu.
   • Sửa lỗi bằng cách yêu cầu gửi lại dữ liệu hoặc sử dụng mã sửa lỗi.

5. Cơ chế kiểm soát luồng (Flow Control): Quản lý tốc độ truyền dữ liệu để tránh quá tải hoặc mất dữ liệu.

6. 

Các dạng giao thức truyền thông mạng phổ biến

1. TCP/IP ( Giao thức điều khiển truyền/Giao thức Internet ) : Một bộ giao thức nền tảng cho truyền thông internet, chịu trách nhiệm truyền dữ liệu và định tuyến. Ví dụ bao gồm HTTP để duyệt web và SMTP cho email.

2. HTTP ( Giao thức truyền siêu văn bản ) : Được sử dụng để truyền các trang web và các tệp liên quan qua internet. Nó điều chỉnh chu kỳ yêu cầu-phản hồi giữa máy khách và máy chủ web. Nó hơi cũ và lỗi thời ngày nay.

3. HTTP/3 ( Giao thức truyền siêu văn bản phiên bản 3 ) là phiên bản mới nhất của Giao thức truyền siêu văn bản (HTTP), là giao thức nền tảng được sử dụng để truyền dữ liệu trên World Wide Web. Nó đại diện cho sự tiến hóa đáng kể so với các phiên bản trước (HTTP/1.1 và HTTP/2

4. HTTPS (Giao thức truyền siêu văn bản an toàn) : Phiên bản bảo mật của HTTP mã hóa dữ liệu trong quá trình truyền, thường được sử dụng cho các giao dịch an toàn trên web, chẳng hạn như ngân hàng trực tuyến và thương mại điện tử. Giao thức chuẩn web hiện đại. 

5. Giao thức mã hóa SSL/TSL (Secure Socket Layer/Transport Layer Security) cung cấp giao tiếp an toàn qua Internet. Thường được sử dụng để bảo mật việc truyền dữ liệu nhạy cảm, chẳng hạn như thông tin đăng nhập, thông tin thẻ tín dụng và thông tin cá nhân khác, giữa máy khách (như trình duyệt web) và máy chủ.

6. Giao thức dữ liệu người dùng (UDP) là một giao thức mạng hoạt động ở lớp vận chuyển của bộ Giao thức Internet (IP). Giao thức này được thiết kế để cung cấp một phương pháp nhẹ và ít tốn kém để gửi các dữ liệu hoặc các khối dữ liệu qua mạng.

7. Giao thức tin nhắn điều khiển Internet (ICMP) là giao thức lớp mạng được sử dụng chủ yếu cho các thông báo lỗi và thông tin hoạt động trong mạng IP. Giao thức này giúp chẩn đoán các sự cố mạng bằng cách gửi tin nhắn về các sự cố như đích không thể truy cập, tắc nghẽn mạng hoặc mất gói tin . ICMP thường được sử dụng trong các công cụ như "ping" và "traceroute" để kiểm tra kết nối và đo thời gian phản hồi. Không giống như TCP hoặc UDP, ICMP không được sử dụng để truyền dữ liệu; thay vào đó, nó hỗ trợ tình trạng mạng bằng cách thông báo cho các nguồn về các sự cố mạng tiềm ẩn.

8. QUIC (Quick UDP Internet Connections) là một giao thức mạng lớp vận chuyển do Google phát triển. Giao thức này nhằm mục đích cải thiện hiệu suất của các ứng dụng web hướng kết nối bằng cách giảm độ trễ và cung cấp khả năng kiểm soát tắc nghẽn tốt hơn.

9. FTP (Giao thức truyền tệp) : Tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền tệp giữa máy khách và máy chủ trên mạng. Nó cho phép người dùng tải lên, tải xuống và quản lý tệp từ xa.

10. SMTP ( Giao thức truyền thư đơn giản) Được sử dụng để gửi tin nhắn email giữa các máy chủ. Nó xác định cách thức tin nhắn email được truyền và phân phối qua internet.

11. SNMP (Giao thức quản lý mạng đơn giản) được sử dụng rộng rãi để giám sát và quản lý các thiết bị mạng như bộ định tuyến, bộ chuyển mạch, máy chủ và máy in. SNMP cho phép quản trị viên mạng thu thập thông tin về các thiết bị web và giám sát hiệu suất, cấu hình và tình trạng của chúng.

12. XMPP (Giao thức nhắn tin và hiện diện mở rộng) Đây là giao thức nguồn mở cho nhắn tin tức thời (IM), thông tin hiện diện và các ứng dụng thời gian thực. XMPP là một phần của công nghệ Jabber và gia đình XMPP.org

13. MQTT (Message Queuing Telemetry Transport): Giao thức nhẹ cho các cảm biến nhỏ và thiết bị di động

14. POP3 (Giao thức Bưu điện phiên bản 3) được sử dụng để lấy tin nhắn email từ máy chủ. Nó cho phép người dùng tải xuống email vào thiết bị cục bộ của họ để truy cập ngoại tuyến.

15. IMAP (Internet Message Access Protocol) : Tương tự như POP3, IMAP được sử dụng để truy cập và quản lý các email được lưu trữ trên máy chủ. Nó cho phép người dùng sắp xếp, tìm kiếm và đồng bộ hóa email trên nhiều thiết bị.

16. DNS ( Hệ thống tên miền ) : Chuyển đổi tên miền thành địa chỉ IP, cho phép người dùng truy cập các trang web bằng địa chỉ mà con người có thể đọc được. DNS rất cần thiết để điều hướng internet.

17. SSH (Secure Shell) : Một giao thức để truy cập từ xa an toàn vào máy tính hoặc máy chủ qua mạng. Nó cung cấp các kênh truyền thông được mã hóa cho các dịch vụ dòng lệnh, truyền tệp và đường hầm an toàn.

18. Bluetooth : Một giao thức truyền thông không dây được sử dụng để trao đổi dữ liệu tầm ngắn giữa các thiết bị điện tử. Bluetooth cho phép các thiết bị như điện thoại thông minh, máy tính xách tay và thiết bị IoT kết nối và giao tiếp với nhau để thực hiện các tác vụ như chia sẻ tệp, phát trực tuyến âm thanh và điều khiển thiết bị.

19. NTP (Giao thức thời gian mạng) : Đây là giao thức mạng được sử dụng để đồng bộ hóa đồng hồ của các máy tính trên mạng với một nguồn thời gian chính xác.

20. SysLog là tiêu chuẩn web cũ để ghi nhật ký các thông điệp hệ thống trong mạng máy tính. Nó cho phép các thiết bị mạng, hệ điều hành và ứng dụng tạo ra các thông điệp về hoạt động, lỗi và trạng thái của chúng và gửi chúng đến máy chủ ghi nhật ký hoặc bộ thu thập tập trung.

21. PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol) . Đây là phương pháp triển khai mạng riêng ảo (VPN) được Microsoft phát triển kết hợp với các công ty công nghệ khác. PPTP cho phép tạo kết nối an toàn và được mã hóa ( đường hầm ) giữa người dùng từ xa và mạng riêng, thường là qua internet.

22. IPsec (Internet Protocol Security) là một tập hợp các tiêu chuẩn cung cấp bảo mật cho giao tiếp Giao thức Internet (IP). Nó đảm bảo tính bảo mật, toàn vẹn và xác thực của dữ liệu giữa các đối tác tham gia (ví dụ: máy chủ, bộ định tuyến, cổng) bằng cách mã hóa các gói IP. IPsec có thể được sử dụng để bảo mật giao tiếp qua Mạng riêng ảo (VPN), kết nối site-to-site hoặc thậm chí giữa máy khách và máy chủ.

23. UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) là một giao thức truyền thông nối tiếp được sử dụng giữa các thiết bị. Không giống như các phương pháp đồng bộ dựa trên tín hiệu xung nhịp, UART sử dụng tốc độ truyền được xác định trước để đồng bộ hóa truyền thông. Dữ liệu được truyền từng bit một, bắt đầu bằng một bit bắt đầu, theo sau là các bit dữ liệu (thường là 7 hoặc 8 cho mỗi ký tự), một bit chẵn lẻ tùy chọn để kiểm tra lỗi và các bit dừng. Cả hai thiết bị phải sử dụng cùng một tốc độ truyền để truyền dữ liệu chính xác.

24. I2C (Inter-Integrated Circuit) là một chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ được sử dụng để kết nối các thiết bị ngoại vi với một vi điều khiển hoặc hệ thống trên chip. Chuẩn này cho phép nhiều thiết bị giao tiếp qua một bus duy nhất, sử dụng hai dây cho dữ liệu (SDA - đường dữ liệu nối tiếp) và xung nhịp (SCL - đường xung nhịp nối tiếp). Các thiết bị trên bus được định địa chỉ riêng lẻ, cho phép cả cấu hình chủ-tớ và đa chủ. I2C hỗ trợ tốc độ giao tiếp từ vài trăm bit mỗi giây (Chế độ chuẩn) đến vài megabit mỗi giây (Chế độ tốc độ cao), với các thiết bị hoạt động ở các tốc độ khác nhau dễ dàng được điều chỉnh thông qua việc kéo dài xung nhịp.

25. H.323 là một bộ tiêu chuẩn của Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) dành cho truyền thông đa phương tiện qua mạng chuyển mạch gói, chẳng hạn như Internet. Nó bao gồm các tiêu chuẩn cho hội nghị âm thanh, video và dữ liệu, cho phép khả năng tương tác giữa các thiết bị của các nhà cung cấp khác nhau. H.323 bao gồm các thành phần như thiết bị đầu cuối, cổng, bộ giữ cổng và bộ điều khiển đa điểm (MCU) để hỗ trợ các dịch vụ như thoại qua IP (VoIP) và hội nghị truyền hình.

26. HLS (HTTP Live Streaming) do Apple phát triển để phát trực tuyến âm thanh và video qua internet. Nó chia luồng thành các phân đoạn tệp nhỏ dựa trên HTTP và sử dụng các tệp danh sách phát (M3U8) để hướng trình phát đến các phân đoạn. HLS hỗ trợ phát trực tuyến bitrate thích ứng, điều chỉnh chất lượng luồng dựa trên điều kiện mạng để đảm bảo phát lại mượt mà. Nó được sử dụng rộng rãi vì độ tin cậy và khả năng tương thích trên nhiều thiết bị và nền tảng khác nhau như Netflix & Instagram.

27. WebRTC (Web Real-Time Communication) là một giao thức nguồn mở cho phép khả năng giao tiếp thời gian thực trực tiếp trong trình duyệt web và ứng dụng di động. Giao thức này cung cấp API cho phép các nhà phát triển xây dựng các ứng dụng có khả năng phát trực tuyến âm thanh, video và dữ liệu thời gian thực. Được sử dụng bởi Google Meet, Microsoft Teams và Zoom.

28. CoAP (Giao thức ứng dụng bị ràng buộc) là một tiêu chuẩn truyền web chuyên biệt được thiết kế để sử dụng trong các nút và mạng bị ràng buộc, chẳng hạn như trong môi trường IoT. Nó hoạt động trên UDP và hỗ trợ các phương thức như GET, POST, PUT và DELETE. CoAP được tối ưu hóa cho các thiết bị có công suất thấp, bộ nhớ thấp, cho phép giao tiếp hiệu quả giữa máy với máy với các cơ chế đảm bảo độ tin cậy và tương tác RESTful đơn giản.

29. Giao thức mô tả phiên (SDP ) được sử dụng để mô tả các phiên giao tiếp đa phương tiện. Trong WebRTC, SDP được sử dụng trong quá trình truyền tín hiệu để trao đổi thông tin về khả năng phương tiện (codec, định dạng, thông tin mạng) giữa các đối tác.

30. Giao thức mạng STUN ( Tiện ích truyền tải phiên cho NAT) được sử dụng để tạo điều kiện thuận lợi cho việc giao tiếp giữa các thiết bị đằng sau Bộ dịch địa chỉ mạng (NAT) và tường lửa. NAT thường được sử dụng trong mạng gia đình và văn phòng để cho phép nhiều thiết bị chia sẻ một địa chỉ IP công cộng duy nhất. Tuy nhiên, NAT có thể làm phức tạp việc giao tiếp trực tiếp giữa các thiết bị vì chúng thường che giấu địa chỉ IP nội bộ.

31. Giao thức DTLS (Datagram Transport Layer Security) được thiết kế để cung cấp bảo mật cho các ứng dụng dựa trên datagram, chẳng hạn như các ứng dụng sử dụng Giao thức dữ liệu người dùng (UDP). DTLS dựa trên giao thức Transport Layer Security (TLS), được sử dụng để bảo mật thông tin liên lạc qua các giao thức hướng kết nối như TCP.

32. RTP (Giao thức truyền tải thời gian thực) Đây là giao thức mạng được sử dụng để truyền âm thanh và video qua mạng IP, chẳng hạn như internet. RTP được thiết kế để cung cấp dịch vụ truyền tải dữ liệu thời gian thực từ đầu đến cuối, rất quan trọng đối với các ứng dụng như hội nghị truyền hình, thoại qua IP (VoIP) và phát trực tiếp.

33. [Lỗi thời] RTMP (Giao thức nhắn tin thời gian thực) là giao thức độc quyền dựa trên TCP để truyền phát video, âm thanh và dữ liệu trực tiếp đến các thiết bị hỗ trợ Flash. 

Ứng dụng các loại giao thức truyền thông 

1. Truyền thông có dây (Wired Communication)

• Ethernet: Sử dụng trong mạng LAN (Local Area Network) với tốc độ cao và độ tin cậy cao.
• Cáp quang: Được sử dụng trong các hệ thống yêu cầu băng thông lớn và khoảng cách truyền dẫn dài.
• RS-232, RS-485: Các giao thức phổ biến trong công nghiệp, dùng để truyền dữ liệu giữa các thiết bị.
• CAN (Controller Area Network): Dùng trong hệ thống tự động hóa, như ô tô và nhà máy.

2. Truyền thông không dây (Wireless Communication)

• Wi-Fi: Phổ biến trong các ứng dụng IoT (Internet of Things) và hệ thống giám sát từ xa.
• Bluetooth: Sử dụng cho các kết nối tầm ngắn và tiêu thụ năng lượng thấp.
• Zigbee: Một tiêu chuẩn không dây dành cho các mạng cảm biến, ứng dụng trong nhà thông minh.
• LoRa (Long Range): Được sử dụng trong các hệ thống IoT với khoảng cách truyền xa nhưng tiêu thụ năng lượng thấp.
• NB-IoT (Narrowband IoT): Phù hợp cho các ứng dụng IoT công nghiệp và thành phố thông minh.
• 5G/4G/3G/LTE: Các mạng di động hỗ trợ truyền dữ liệu tốc độ cao và thời gian trễ thấp.

3. Truyền thông qua mạng điện lực (Power Line Communication - PLC)

Sử dụng mạng lưới điện hiện tại để truyền dữ liệu, thường dùng trong hệ thống đo lường thông minh (smart metering) và các hệ thống giám sát năng lượng.

4. Truyền thông vệ tinh (Satellite Communication)

• Được sử dụng cho các khu vực khó triển khai hạ tầng truyền thông truyền thống, như vùng sâu vùng xa hoặc trên biển.

5. Truyền thông cận trường (Near Field Communication - NFC)

• Sử dụng cho các ứng dụng thanh toán di động hoặc trao đổi dữ liệu ở khoảng cách rất ngắn.

6. Truyền thông dựa trên sóng âm (Acoustic Communication)

• Ứng dụng trong môi trường dưới nước hoặc các điều kiện đặc biệt khác.

7. Truyền thông quang (Optical Communication)

• Li-Fi (Light Fidelity): Sử dụng ánh sáng để truyền dữ liệu, có tốc độ cao và không gây nhiễu sóng.

8. Truyền thông đa phương tiện (Multimedia Communication)

• Kết hợp giữa dữ liệu âm thanh, hình ảnh, và video qua các giao thức internet hoặc không dây để đảm bảo tương tác hiệu quả.

9. Truyền thông đám mây (Cloud-based Communication)

• Dữ liệu được lưu trữ và trao đổi qua các nền tảng đám mây, giúp tích hợp nhiều thiết bị và hệ thống khác nhau.

Tiêu chí lựa chọn dạng giao thức truyền thông 

Việc lựa chọn hình thức truyền thông phù hợp phụ thuộc vào các yếu tố như:

• Khoảng cách truyền dữ liệu.
• Mức tiêu thụ năng lượng.
• Băng thông yêu cầu.
• Độ tin cậy và tính bảo mật.
• Chi phí triển khai và vận hành.

 Giao thức truyền thông trong truyền dẫn dữ liệu thông minh có nhiều loại và tùy thuộc vào môi trường ứng dụng, yêu cầu kỹ thuật và hạ tầng công nghệ để lựa chọn loại phù hợp.