Tài liệu Tìm hiểu và so sánh các kỹ thuật chuyển mạch- chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói

Đề tài: Tìm hiểu và so sánh các kỹ thuật chuyển mạch: chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói NỘI DUNG PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH Giới thiệu về chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch là một lĩnh vực tìm hiểu, nghiên cứu các phương thức chuyển mạch, định hướng thông tin từ nguồn tin đến đích nhận tin một cách chính xác, hiệu quả, nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ cao, tạo cơ sở tổ chức mạng viễn thông linh hoạt, đa năng và tạo nhiều tiện ích cho người sử dụng. Trong quá trình lịch sử phát triển của lĩnh vực kỹ thuật truyền và chuyển mạch các dạng thông tin điện nhiều công nghệ chuyển mạch đã được áp dụng như các thế hệ chuyển mạch nhân công, các loại tổng đài chuyển mạch hệ cơ điện, các tổng đài chuẩn điện tử, các tổng đài điện tử với các loại phần tử chuyển mạch khác nhau như ma trận chuyển mạch tương tự, các chuyển mạch số và trong tương lai là chuyển mạch quang ….. Các nguyên lý chuyển mạch khác nhau cũng lần lượt thay thế nhau và kết hợp với nhau trong các trung tâm chuyển mạch của các mạng viễn thông như nguyên lý phân kênh không gian, nguyên lý chuyển mạch thời gian tương tự (chuyển mạch PAM), chuyển mạch số đối với các tín hiệu điều chế xung mã ghép kênh đồng bộ (chuyển mạch PCM), chuyển mạch đối với các thông tin số dạng gói. Kỹ thuật chuyển mạch thường kết hợp với các lĩnh vực kỹ thuật công nghệ khác trong một cấu trúc thiết bị hoặc hệ thống các thiết bị hoàn chỉnh như kỹ thuật điều khiển, kỹ thuật xử lý các quá trình ngẫu nhiên, kỹ thuật điện-điện tử và chế tạo linh kiện, kỹ thuật truyền dẫn, báo hiệu và xử lý báo hiệu. . Nhìn chung, mỗi trung tâm chuyển mạch là một hệ thống hoàn chỉnh, rất phức tạp và là sự kết hợp của nhiều lĩnh vực kỹ thuật mà trong đó kỹ thuật chuyển mạch là nền tảng. Mặc dù trong các mạng viễn thông hiện nay phổ biến sử dụng các tổng đài chuyển mạch số điều khiển theo chương trình ghi sẵn, nhưng trong tài liệu này vẫn đề cập đến các nguyên lý chuyển mạch khác như các chuyển mạch không gian tương tự, chuyển mạch PAM, hoặc một số cơ chế chuyển mạch số liệu khác với mục đích cung cấp các kiến thức cơ bản về kỹ thuật chuyển mạch, tạo khả năng ứng dụng các kỹ thuật chuyển mạch này không chỉ trong lĩnh vực viễn thông mà còn trong các ứng dụng mang tính đặc thù khác như lĩnh vực điều khiển hoặc trong các hệ thống công nghệ chuyên dụng. Một lý do khác cần nghiên cứu, tìm hiểu các kỹ thuật chuyển mạch trước đây đó là tính luân phiên của các công nghệ này. Ví dụ trong các chuyển mạch tốc độ cao có xu hướng áp dụng các phần tử chuyển mạch không gian đơn giản nhất với điều khiển phân tán để có được tốc độ chuyển mạch cao. I. KHÁI NIỆM Chuyển mạch là qúa trình định tuyến, thiết lập kết nối và chuyển thông tin cho người sử dụng thông qua hạ tầng mạng viễn thông. Nói cách khác, chuyển mạch trong mạng viễn thông bao gồm chức năng định tuyến cho thông tin và chức năng kết nối, chuyển tiếp thông tin. Như vậy chuyển mạch gắn liền với lớp liên kết dữ liệu trong mô hình OSI của Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO (International Organization for Standardization), quá trình chuyển mạch được thực hiện tại các nút chuyển mạch. Hình 1: Kỹ thuật Chuyển mạch (Switching Engineering) II. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 1. Hệ thống chuyển mạch nhân công:  Hai năm sau khi Alexader Graham Bell phát minh ra điện thoại (năm 1876), Hệ thống chuyển mạch đầu tiên được xây dựng ở New Haven, Mỹ vào năm 1878. Điện thoại viên đóng vai trò chuyển mạch. Nhóm 10: Vĩ, Sỹ, Tài , Thủy 1 Đề tài: Tìm hiểu và so sánh các kỹ thuật chuyển mạch: chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói Manual exchange: (Tổng đài quay tay) Hình 2: Chuyển mạch nhân công  Nhược điểm của hệ thống nhân công: - Rất chậm - Hiệu suất rất thấp Yêu cầu một hệ thống tổng đài chuyển mạch tự động là cầp thiết Nhưng hệ thống chuyển tự động đầu tiên được ra đời như thế nào ? 2. Các hệ thống chuyển mạch điện tử:  Hệ thống chuyển mạch xoay Năm 1889, Almon B. Strowger, Kansas City, USA xây dựng hệ thống tổng đài tự động đầu tiên, đấy là hệ thống tổng đài từng bước, sau đó là sự phát triển của hệ thống tổng đài thanh ghi, các chữ số được xử lý trong thanh ghi, không xử lý trực tiếp. Phù hợp với các tổng đài dung lượng lớn, khả năng chọn đường dẫn thay thế. Hình 3: Chuyển mạch xoay  Hệ - thống chuyển mạch thanh chéo Năm 1937, hệ thống chuyển mạch thanh chéo ra đời. Thời gian chuyển mạch nhanh, ít lỗi, đơn giản. Là cơ sở phát triển các hệ thống chuyển mạch sau này. Central Queue (Hàm đợi trung tâm) Crosspoint Switch (chuyển mạch thanh chéo) Buffer (bộ đệm) Send (bộ phát) Hình 4a: Chuyển mạch thanh chéo Nhóm 10: Vĩ, Sỹ, Tài , Thủy 2 Đề tài: Tìm hiểu và so sánh các kỹ thuật chuyển mạch: chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói Clean/select path (Đường (dẫn) Sạch/ được lựa chọn) Address path (địa chỉ đường dẫn) Data path (dữ liệu đường dẫn) Clean & Select (xóa, chọn) DataIn (dữ liệu vào) DataOut(dữ liệu ra) Hình 4b: Chuyển mạch thanh chéo  Các hệ thống số và điều khiển máy tính - Năm 1960, tổng đài điều khiển số đầu tiên được xây dựng ở Mỹ. - Năm 1968 tổng đài điều khiển số đầu tiên được xây dựng ở Châu Âu. - Hệ tổng đài này còn được gọi là tổng đài điều khiển bằng chương trình ghi sẵn SPC (Stored Program Control). Hình 5 Chuyển mạch PC (Tổng đài SPC)  Các node chuyển mạch cho thông tin dữ liệu (ISDN) - ISDN (Integrated Services Digital Network) là công nghệ băng hẹp được sử dụng rộng rãi, cho phép truyền dữ liệu số hóa từ một hệ thống cuối (máy chủ) gia đình qua đường điện thoại ISDN tới một công ty điện thoại. Ban đầu, ISDN được thiết kế cho việc truyền dữ liệu số giữa hai đầu của một hệ thống điện thoại, nó còn là một công nghệ mạng quan trọng cho phép truy nhập tốc độ cao (ví dụ 128 Kbps) từ nhà tới một mạng dữ liệu (ví dụ Internet). - Nhu cầu sử dụng thông tin dữ liệu phát triển mạnh, dẫn đến sự phân biệt giữa mạng chuyển mạch kênh và dự liệu. - Chuyển mạch gói và Frame Relay. Hình 6: Chuyển mạch dữ liệu (Switchig Data)  Các node cho N-ISDN (Narrowband - Integrated Services Digital Network - Mạng đa dịch vụ tích hợp số băng thông hẹp) - Năm 1976 ISDN bắt đầu được quy hoạch và phát triển Nhóm 10: Vĩ, Sỹ, Tài , Thủy 3 Đề tài: Tìm hiểu và so sánh các kỹ thuật chuyển mạch: chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói - Phát triển cho các mạng tích hợp dịch vụ, N-ISDN có thể được xem là sự kết hợp tổng đài điện thoại với chuyển mạch dữ liệu. Hình 7 ISDN (Integrated Services Digital Network)  Các node cho B-ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network - Mạng đa dịch vụ tích hợp số băng thông rộng) - B- ISDN được thiết kế và xây dựng vào những năm 1990 nó được mở rộng phát triển hợp lý của ISDN - Các hệ thống chuyển mạch trước chỉ đáp ứng được một trong hai điều kiện: băng thông, thời gian thực. BISDN cung cấp các dịch vụ yêu cầu băng thông và thời gian thực. - Đang được tiêu chuẩn hoá (ATM, MPLS). Hình 8: Nhu cầu băng thông rộng  Chuyển mạch quang (Switching Optical) - Khái niệm: + Về nguyên lý, một chuyển mạch thực hiện chuyển lưu lượng từ một cổng lối vào hoặc kết nối lưu lượng trên một khối chuyển mạch tới một cổng lối ra. Hệ thống chuyển mạch quang là một hệ thống chuyển mạch cho phép các tín hiệu bên trong các sợi cáp quang hay các mạch quang tích hợp được chuyển mạch có lựa chọn từ một mạch này tới một mạch khác. + Tuỳ thuộc vào kỹ thuật chuyển mạch mà các thông tin được trao đổi dưới dạng thời gian thực (chuyển mạch kênh) hoặc dưới dạng ghép kênh thông kê (chuyển mạch gói). Chuyển mạch kênh là một phương pháp thông tin sử dụng để thiết lập cho thông tin giữa 2 điểm. Số liệu được truyền trên cùng một tuyến và thông tin truyền đi trong thời gian thực. Khác với chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói thực hiện truyền các gói số liệu độc lập. Mỗi gói đi từ một cổng tới một cổng khác theo một đường nào đó. Các gói không thể gửi tới nút kế tiếp khi chưa thực hiện thành công tại nút trước đó. Mỗi nút cần có các bộ đệm để tạm thời lưu các gói. Mỗi nút trong chuyển mạch gói yêu cầu một hệ thống quản lý để thông báo điều kiện truyền thông tin tới nút lân cận trong trường hợp số liệu truyền bị lỗi. - Phục vụ cho sự trao đổi thông tin tốc độ cao (hàng Gbits/s). Hướng tới mạng toàn quang (chuyển mạch điện tử - điều khiển điện tử " chuyển mạch quang - điều khiển điện tử " chuyển mạch quang - điều khiển quang). - Đặc điểm: + Băng tần rộng Ưu điểm lớn nhất của việc đưa công nghệ quang vào hệ thống thông tin là tính thông suốt của nó đối với mọi tốc độ bít. Một hệ thống chuyển mạch điện tử có khả năng thông qua nhiều gigabit nhờ ghép song song các phần tử chuyển mạch đơn, vì mỗi phần tử này chỉ có khả năng thông qua lớn nhất là 1 Gbit/s. Trong khi đó một chuyển mạch quang đơn lẻ có khả năng thông qua hàng trăm Gbit/s . + Tốc độ bit cao Tốc độ hoạt động của các các chuyển mạch điện tử bị hạn chế tới 20Gbit/s do hằng số thời gian CR của các mạch điện và rung pha (jitter) tín hiệu giữa các chuyển mạch song song. Chuyển mạch quang điều khiển bằng điện tử cũng có tốc độ chuyển mạch hạn chế do các mạch điện. Chuyển mạch pico giây (ps) có thể thực hiện trong chuyển mạch quang điều khiển quang. Nhóm 10: Vĩ, Sỹ, Tài , Thủy 4 Đề tài: Tìm hiểu và so sánh các kỹ thuật chuyển mạch: chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói + Nhiều bước sóng Hệ thống ghép bước sóng (WDM) có băng tần rất rộng. Ghép tần số điện tử (FDM) được sử dụng trong các hệ thống truyền dẫn cáp đồng trục. Ghép bước sóng quang cung cấp dung lượng truyền dẫn lớn nhờ ghép các tín hiệu đã được ghép theo điện tử. Đã có các hệ thống ghép hàng chục bước sóng đưa vào hoạt động trong miền bước sóng suy hao thấp của sợi quang. Chuyển mạch bước sóng giữa các kênh ghép bước sóng đang được triển khai trên một số hệ thống WDM. + Tiêu thụ công suất thấp Các thiết bị chuyển mạch ứng dụng hiệu ứng điện - quang để thay đổi chiết xuất không sinh nhiệt. Đây là ưu điểm đối với hoạt động công suất thấp. Từ quan điểm hệ thống chuyển mạch toàn bộ phải kể đến công suất tiêu thụ của mạch điều khiển. Nếu dùng điều khiển quang thay cho điều khiển điện tử thì tổng công suất tiêu thụ của chuyển mạch giảm đáng kể. + Ít chức năng Chuyển mạch quang có ít chức năng hơn chuyển mạch điện tử. Chuyển mạch quang có thế mạnh trong các hoạt động chuyển mạch đơn giản có tốc độ cao và khả năng thông qua lớn. Tuy nhiên chuyển mạch điện tử phải được ưu tiên hơn trong các chức năng như đọc các tín hiệu đầu đề (header), điều khiển định tuyến. Trong công nghệ quang hiện đại, thiết bị nhớ quang tốc độ cao không thể thiếu trong điều khiển định thời các xung quang sử dụng dây trễ sợi quang có cấu trúc đơn giản hơn RAM điện tử. Biểu đồ lịch sử triển của các hệ thống chuyển mạch Hình 9: Sự phát triển các hệ thống chuyển mạch PHẦN 2: PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG THỨC CHUYỂN MẠCH        Chuyển mạch kênh; Chuyển mạch gói; Chuyển mạch tin; Chuyển mạch khung; Chuyển mạch tế bào (cell switching); Chuyển mạch ATM; Chuyển mạch nhãn đa giao thức. I. Chuyển mạch kênh (Circuit Switching)  Là loại chuyển mạch phục vụ sự trao đổi thông tin bằng cách cấp kênh dẫn trực tiếp giữa các đối tượng sử dụng.  Xử lý thông tin (cuộc gọi, …) tiế hành qua 3 giai đoạn: - Thiết lập đường dẫn dựa vào nhu cầu trao đổi thông tin; - Duy trì kênh dẫn trong suốt thời gian trao đổi thông tin; - Giải phóng kênh dẫn khi đối tượng sử dụng hết nhu cầu trao đỏi thông tin. Hình 10: Chuyển mạch kênh (Circuit Switching)  Đặc điểm: - Thực hiện trao đổi thông tin giữa các user trên trục thời gian thực; - Các user làm chủ kênh dẫn trong suốt quá trình trao đỏi; - Hiệu xuất thấp; - Yêu cầu độ chính xác thông tin cao; - Nội dung trao đổi mang thông tin địa chỉ; - Khi lưu lượng tăng đến ngưỡng nào đó thì các sự trao đổi thông tin mới có thể bị khóa, mạng từ chối mọi yêu cầu kết nối mới đến khi có thể. II. Chuyển mạch Tin (Message Switching):  Là loại chuyển mạch phục vụ sự trao đổi thông tin giữa các bản tin như điện tín, thư điện tử, file;  Thiết bị đầu cuối gởi đến node chuyển mạch bản tin mang thông tin địa chỉ đích; Nhóm 10: Vĩ, Sỹ, Tài , Thủy 5 Đề tài: Tìm hiểu và so sánh các kỹ thuật chuyển mạch: chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói  Tại đây, bản tin được thu nhận, xử lý (chọn đường) rồi sắp hàng chờ truyền đi. Phương pháp này gọi là store and forward. Hình 12: Chuyển mạch tin (Message Switching)  Thời gian trễ: Td =tnhận+ txử lý +tsắp hàng.  Đặc điểm: - III.     Không có mối liên hệ thời gian thực giữa các user; Kênh dẫn không dành riêng cho các user (dùng chung đườngtruyền); Hiệu suất cao; Yêu cầu độ chính xác; Nội dung có địa chỉ; Áp dụng cho số liệu; Vẫn chấp nhận cuộc gọi mới trong khi lưu lượng mạng đang cao. Chuyển mạch gói (packet switching) Là loại chuyển mạch mà ở đó các bản tin được chia thhàn nhiều gói tin khác nhau, được kết nối và truyền trên nhiều đường truyền khác nhau. Bản tin được chia thành các gói với chiều dài xác định, mỗi gói có phần header mang thông tin địa chỉ và thứ tự gói. Mỗi gói đi qua các node được tiến hành theo phương pháp store and forward như chuyển mạch tin. Tại đầu thu tiến hành sáp xếp các gói trở lại. Hình 11: Chuyển mạch gói (packet switching)  Trong các gói luôn có trường kiểm tra để đảm bảo gói truyền không lỗi qua từng chặng.  Đặc điểm: - Trao đổi thông tin không theo thời gian thực nhưng nhanh hơn chuyển mạch tin; - Đối tượng sử dụng không làm chủ kênh dẫn; - Hiệu suất cao; - Thích hợp truyền số liệu; - Việc kiểm tra lỗi từng chặng là đảm bảo gói truyền không lỗi nhưng lại làm giảm tốc độ truyền gói qua mạng; - Băng thông thấp, tốc độ thấp; - Phù hợp với mạng truyền dẫn chất lượng thấp. IV. Chuyển mạch khung (Frame Switching)  Chuyển mạch khung về cơ bản dựa trên chuyển mạch gói, nhưng bản tin được chia thành các khung có kích thước xác định;  Hạn chế chức năng kiểm tra lỗi và điều khiển luồng;  Tốc độ truyền dẫn được cải thiện đáng kể so với chuyển mạch gói;  Hoạt động chủ yếu ở lớp 2, với mục đích lớn nhất là tạo mạng riêng ảo VPN (Virtual Private Network) cho khách hàng;  Băng thông không cố định cho user mà được phân phối một cách linh hoạt;  Phức tạp do tốc độ bit thay đổi;  Khả năng đến 40Mbps so với 2Mbps của chuyển mạch gói. Nhóm 10: Vĩ, Sỹ, Tài , Thủy 6 Đề tài: Tìm hiểu và so sánh các kỹ thuật chuyển mạch: chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói  Hình 13: Chuyển mạch khung (Frame Switching) V.         VI. Cuyển mạch tế bào (Cell Switching) Cell là một gói dữ liệu nhỏ có kích thước cô định Các loại chuyển mạch kể trên không đáp ứng được yêu cầu băng thông và thời gian thực của một số dịch vụ; Chuyển mạch tế bào thì chia bản tin thành các tế bào (cell) có kích thước nhỏ và cố định; Xử lý nhanh; Chuyển tiếp nhanh; Tốc độ đạt đến 600Mbps; Khả năng phục vụ các dịch vụ tốc độ bit thay đổi và cố định; Tính thời gian thực hướng đến chuyển mạch kênh. VII. Chuyển mạch ATM (Asynchronuos Transser Mode - Chế độ truyền không đồng bộ)  Là hệ thống chuyển mạch gói tiên tiến, có thể truyền đồng thời dữ liệu, âm thanh và hình ảnh số hoá trên cả mạng LAN và mạng WAN.  Đây là một trong những phương pháp kết nối mạng WAN nhanh nhất hiện nay, tốc độ đạt từ 155 Mbit/s đến 622 Mbit/s. Trên thực tế, theo lý thuyết nó có thể hỗ trợ tốc độ cao hơn khả năng hiện thời của các phương tiện truyền dẫn hiện nay. Tuy nhiên, tốc độ cao có nghĩa là chi phí cũng cao hơn, ATM đắt hơn nhiều so với ISDN, X25 hoặc FrameRelay. Các đặc trưng của ATM bao gồm: - Sử dụng gói dữ liệu (cell) nhỏ, có kích thước cố định (53 byte), dễ xử lý hơn so với các gói dữ liệu có kích thước thay đổi trong X.25 và Frame Relay.53 bytes gồm 48 byte dữ liệu và 5 byte header; - Tốc độ truyền dữ liệu cao, theo lý thuyết có thể đạt 1,2 Gbit/s - Chất lượng cao, độ nhiễu thấp nên gần như không cần đến việc kiểm tra lỗi - Có thể sử dụng với nhiều phương tiện truyền dẫn vật lý khác nhau ( cáp đồng trục, cáp dây xoẵn, cáp sợi quang) - Có thể truyền đồng thời nhiều loại dữ liệu  Hai tổ chức chuẩn hóa ATM quan trọng nhất là ITU-T và ATM Forum. ITU-T nghiêng về định nghĩa UNI (user network interface) công cộng trong khi ATM forum tập trung chuẩn hóa UNI riêng. Ở Việt Nam cũng sử dụng ATM theo chuẩn của ATM Forum nhưng hiện nay chuyển sang MPLS. Chuyển mạch nhãn đa giao thức - MPLS (Multi Protocol Label Switching)  MPLS là một phương thức được cải tiến cho việc chuyển tiếp các gói tin trong mạng bằng cách sử dụng các nhãn được gắn thêm vào trong các gói tin IP (IP packet). Các nhãn được chèn vào giữa header của lớp 3 và header của 7 Nhóm 10: Vĩ, Sỹ, Tài , Thủy Đề tài: Tìm hiểu và so sánh các kỹ thuật chuyển mạch: chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói        lớp 2 trong trường hợp sử dụng kỹ thuật dựa trên khung lớp 2. Đối với các kỹ thuật dựa trên tế bào như ATM, thì nó sẽ chứa cả trường VPI và VCI. MPLS là sự kết hợp của kỹ thuật chuyển mạch lớp 2 và kỹ thuật định tuyến lớp 3. Mục tiêu chính của MPLS là tạo ra một cấu trúc mạng mềm dẻo để cung cấp cho đặc tính mở rộng và ổn định của mạng. Điều này bao gồm kỹ thuật điều khiển lưu lượng và khả năng hoạt động của VPN và có liên quan đến Chất lượng dịch vụ (QoS) với nhiều lớp dịch vụ (Cos). Trong mạng MPLS, các gói tin vào được gán nhãn bởi một Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn ở biên (Edge Label Switched Router – Edge LSR). Các gói tin được gửi theo một đường chuyển mạch nhãn (Label Switched Path LSP), đây là con đường mà mỗi LSR sử dụng để chuyển tiếp dựa trên các đối xử riêng biệt cho từng nhãn. Tại mỗi chặng, LSR gỡ bỏ các nhãn có sẵn và thêm vào một nhãn mới, sau đó thông báo cho chặng kế tiếp để biết để chuyển tiếp gói tin. Nhãn sẽ được gỡ bỏ tại LSR biên và gói tin sẽ tiếp tục được chuyển tiếp đến đích cần đến Internet đang phát triển rất mạnh và là điều không thể thiếu trong cuộc sống Các dịch vụ mới đa số đều áp dụng trên IP (Internet Protocol), nhưng Internet gặp trở ngại về thời gian thực và băng thnông. Giải pháp IP over ATM được đề xuất nhưng cũng gặp khó khăn trong kỹ thuật. Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multiple Protocol Label Switching) đơn giản hóa cho việc chuyển tiếp cho các router bên trong. Đặc điểm: - Không có MPLS API, cũng không có thành phần giao thức phía host; - MPLS chỉ nằm trên các router; - MPLS là giao thức độc lập nên có thể hoạt động cùng với giao thức khác IP như IPX, ATM, Frame Relay, …; - MPLS giúp đơn giản hoá quá trình định tuyến và làm tăng tính linh động của các tầng trung gian; - Tốc độ như ATM; - Giá thành rẻ; - Đơn giản. PHẦN IV. PHƯƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA CHUYỂN MẠCH KÊNH, CHUYỂN MẠCH GÓI, CHUYỂN MẠCH TIN. 1 Cơ sở kỹ thuật chuyển mạch kênh: a. Nguyên lý chuyển mạch kênh - Chuyển mạch kênh là phương thức chuyển mạch thực hiện việc cung cấp kênh dẫn riêng cho người dùng (cặp thiết bị đầu cuối) theo yêu cầu dưới sự điều khiển của các bộ xử lý hoặc máy tính, kênh truyền giữa người dùng (cặp thiết bị đầu cuối) được thiết lập và giành riêng cho việc trao đổi thông tin giữa hai ngưiờ dùng (thuê bao) này, các hoạt động trao đổi thông tin giữa các người dùng (thuê bao) khác được tiến hhàn trên các kênh truyền khác nhau, độc lập với nhau; - Kênh truyền này có thể được hiểu là tập hợp các đoạn mạch do các thiết bị chuyển mạch và các kênh được phân phối trên các tuyến truyền dẫn tạo ra một tuyến truyền tín hiệu nối tiếp nhau từ mạch điện của thuê bao chủ gọi tới mạch điện của thuê bao bị gọi; - Tín hiệu đi qua kênh dẫn thông thường là tín hiệu PCM được ghép kênh với tốc độ cao nhằm tăng khả năng của hệthống; - Việc ghép kênh được thực hiện trên cơ sở phân chia theo thời gian TDM (trược đay là FDM) nên mỗi kênh được chứa trong khe thời gian tương ứng; - Nhiệm vụ chuyển mạch là chuyển đổi nội dung giữa các khe thời gian ngõ vào và ngõ ra. INCLUDEPICTURE "http://upload.wikimedia.org/wikipedia/vi/f/fa/Chuyenmach.gif" \* MERGEFORMATINET Hình 8-1: Nguyên lý hoạt động của chuyển mạch Kênh Nhóm 10: Vĩ, Sỹ, Tài , Thủy 8 Đề tài: Tìm hiểu và so sánh các kỹ thuật chuyển mạch: chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói - Mạng chuyển mạch có thể bao gồm nhiều nút (hay trạm nối dây). Mỗi nút và mỗi đầu cuối đều được địa chỉ hoá. Nguồn gửi thông tin sẽ yêu cầu nối mạng tới một địa chỉ đích. - Các nút mạng sẽ tự động tìm ra các nút trung gian để nối thành một mạch dẫn từ nguồn tới đích một cách liên tục theo thuật toán đã định sẵn (quá trình này sẽ lâu hơn nếu hai máy nguồn và máy đích cách nhau qua nhiều nút trung gian hơn). Trường hợp một trong các nút trung gian không thể hoàn tất việc nối mạch thì tín hiệu bận (busy) có thể được chuyển về từ nút đó. - Trong thực tế, mỗi nút đều có sẵn một bảng ghi nhận các địa chỉ và các nút tương ứng gọi là bảng chuyển tiếp (forwarding table). Bảng này được cập nhật mỗi khi có thêm nút mới hay địa chỉ mới. Do đó, các nút chỉ việc yêu cầu nối dây với đường ra thích hợp dựa vào bảng này mỗi khi có lệnh thiết lập đường nối từ ngõ vào tới một địa chỉ bất kì. - Nếu máy đích chấp thuận, và việc nối mạch với máy đích hoàn tất thì tín hiệu thông mạch (hay tính hiệu chấp thuận) sẽ được trả về. Ngược lại tín hiệu hết thời lượng (timeout) sẽ được gửi về máy chủ. - Máy chủ bắt đầu trao đổi thông tin hay huỷ bỏ việc trao đổi. Các nút mạng cũng sẽ tự huỷ bỏ đường nối, giải phóng các nút cho các yêu cầu nối-chuyển khác. b. Đặc điểm của chuyển mạch kênh: - Độ tin cậy rất cao: một khi đường nối đã hoàn tất thì sự thất thoát tín hiệu gần như không đáng kể. - Băng thông cố định. Đối với kiểu chuyển mạch này thì vận tốc chuyển thông tin là một hằng số và chỉ phụ thuộc vào đặc tính vật lý cũng như các thông số cài đặt của các thiết bị. - Thiết lập kênh truyền rồi mới truyền thông tin trên kênh đã được thiết lập; Hệ thống chuyển mạch không kiểm soát thông tin trên kênh đã thiết lập; Thông tin không bị trễ hoặc bị trễ không đáng kể và không gây ra rung pha Trễ đều cho mọi thành phần tín hiệu của mỗi cuộc gọi do đó phù hợp với dịch vụ thời gian thực; Các thiết bị chuyển mạch kênh có thể là các bộ chuyển mạch không gian (S-Switch) truyền tín hiệu liên tục, các bộ chuyển mạch thời gian (T-Switch) cho tín hiệu PAM hoặc là các bộ chuyển mạch số cho tín hiệu PCM hay chỉ đơn giản là các bộ nối chuyển; c. Phân loại chuyển mạch kênh - Tên gọi chuyển mạch kênh thể hiện ở nguyên lý hoạt động của mạng. Khi phục vụ một cuộc liên lạc giữa hai thiết bị đầu cuối nào đó thì một kênh thông tin (đơn công hoặc song công tuỳ thuộc hình thức liên lạc) hoặc một tuyến nối được thiết lập xuyên qua mạng từ mạch điện của thiết bị đầu cuối này tới mạch điện của thiết bị đầu cuối kia. Kênh thông tin hoặc tuy?n nối đ? tồn tại dành riêng cho cuộc liên lạc đó suốt từ khi bắt đầu tới khi kết thúc cuộc gọi. Các cuộc gọi được tiến hành đồng thời qua mạng phải được phục vụ trên các kênh độc lập nhau. - Trong lịch sử phát triển kỹ thuật chuyển mạch một số phương thức chuyển mạch kênh đã được áp dụng trong các hệ thống tổng đài, đó là: chuyển mạch phân kênh Hình 8- 2: Phân loại chuyển mạch kênh theo không gian dùng cho tín hiệu liên tục, chuyển mạch phân kênh theo thời gian đối với tín hiệu rời rạc hoá (tín hiệu điều biên xung PAM - Pulse Amplitude Modulation), chuyển mạch số PCM (cho tín hiệu điều chế xung mã PCM -Pulse Code Modulation). Thống kê các loại chuyển mạch kênh được chỉ ra trên hình 3-2 ( Phân loại chuyển mạch kênh) - Các thiết bị chuyển mạch không gian tương tự có đặc điểm là trên tuyến nối đã được thiết lập giữa hai thuê bao có thể truyền tín hiệu theo cả hai hướng, nghĩa là có thể phục vụ cuộc gọi song công trên hai dây và có thể cho qua cả tín hiệu analog và tín hiệu digital, thậm cho cả tín hiệu rời rạc PAM. - Nguyên lý chuyển mạch PAM dựa trên việc phân chia các khe thời gian. Một phần tử chuyển mạch có thể phục vụ cho nhiều cuộc gọi được tiến hành đồng thời theo nguyên tắc cho tín hiệu của các cuộc gọi khác nhau qua nó trong các khe thời gian khác nhau theo từng chu kỳ. Tín hiệu qua phần tử chuyển mạch là tín hiệu đã được rời rạc hoá có chu kỳ lặp của các xung điều biên bằng với chu kỳ lặp các khe dành cho từng mạch cho tín hiệu của mỗi cuộc gọi đi qua. Tuy các chuyển mạch PAM không được áp dụng một cách rộng rãi do nhiều hạn chế của chúng, nhưng chúng cũng tạo nền tảng cho công nghệ chuyển mạch tiên tiến hơn sau này mà hiện đang được sử dụng rộng rãi đó là các chuyển mạch số PCM. - Các xung điều biên của tín hiệu PAM rất mảnh (hẹp), công suất tín hiệu rất nhỏ, vì vậy trong truyền dẫn rất dễ bị tác động của các tín hiệu khác làm biến dạng, từ đó, việc khôi phục lại dạng ban đầu gặp nhiều khó khăn và kỹ thuật PCM khắc phục nhược điểm này rất hiệu quả. Trong kỹ thuật số hoá tín hiệu PCM, các xung PAM còn trải qua các công đoạn lượng tử và mã hoá. Mỗi xung điều biên được mã hoá bằng một tổ hợp các bít tương ứng và sau đó chúng được truyền dưới dạng các tổ hợp bít đó. Tại đầu thu, từ các tổ hợp bít thu được sẽ khôi phục lại dạng của tín hiệu đã được truyền đi gần đúng với tín hiệu gốc. Việc chuyển mạch tín hiệu PCM cũng được thực hiện theo nguyên lý phân khe thời gian. Có các loại bộ chuyển mạch PCM cơ bản đề là chuyển mạch thời gian số Tsw-Time switch và chuyển mạch không gian số Ssw-Space switch, chúng khác nhau về cấu tạo và tính năng. Mạng chuyển mạch của từng tổng đài được xây dựng trên cơ sở kết hợp các Tsw và Ssw theo một trong các cấu hình T, TS, ST, TST, TSST, STS; Nhóm 10: Vĩ, Sỹ, Tài , Thủy 9 Đề tài: Tìm hiểu và so sánh các kỹ thuật chuyển mạch: chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói Hình 8 -3 Chuyển mạch T và chuyển mạch S  Chuyển mạch thời gian T (Time Switch) - Chuyển mạch thời gian là loại chuyển mạch phục vụ sự trao đổi nội dung giữa hai khe thời gian trên cùng một tuyến PCM. Hinh: 8- 4: Chuyển mạch T - Phương pháp thực hiện: + Trên đường truyền dẫn của tín hiệu, đặt các đơn vị trễ có thời gian trễ băng thời gian củamột khe thời gian. Nhược điểm: + Hiệu quả kém; + Giá thành cao; + Khó thực hiện; Hinh: 8- 5: Thực hiện bằng bộ trễ - Thực hiện chuyển mạch T dùng bộ nhớ đêm: + BM ghi các khe thời gian của tuyến PCM vào các ô nhớ tương ứng. CM điều khiển việc ghi (hoặc đọc) ô nhớ của BM. Bộ đếm khe thời gian là bộ đếm chu kỳ, với chu kỳ bằng số khe thời gian trên tuyến PCM. + Dung lượng BM: CBM =b.R bits. + Dung lượng CM: CCM =R.log2R bits. + Với b: số bit mã hoá, + R: số khe thời gian trong một khung. Hinh: 8- 6: Chuyển mạch T dùng bộ nhớ đệm - Điều khiển tuần tự + Điều khiển tuần tự điều khiển việc đọc (hoặc ghi) vào các ô nhớ của bộ nhớ BM một cách liên tiếp. Nhóm 10: Vĩ, Sỹ, Tài , Thủy 10 Đề tài: Tìm hiểu và so sánh các kỹ thuật chuyển mạch: chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói + Sử dụng bộ đếm khe thời gian với chu kỳ đếm R, bộ đếm này sẽ tuần tự tăng giá trị lên một sau thời gian của một khe thời gian Hình: 8-7: Điều khiển tuần tự - Điều khiển ngẫn nhiên + Điều khiển ngẫu nhiên điều khiển việc đọc (hoặc ghi) các ô nhớ cuả BM theo nhu cầu. + Sử dụng bộ nhớ điều khiển CM, ô nhớ CM chứa địa chỉ đọc (hoặc ghi) của ô nhớ của BM. - Các kiểu chuyển mạch T: + Chuyển mạch T ghi tuần tự, đọc ngẫu nhiên Hình: 8-8: Điều khiển ngẫu nhiên Hình: 8-9: Chuyển mạch T ghi tuần tự, đọc ngẫu nhiên + Chuyển mạch T ghi ngẫu nhiên, đọc tuần tự Hình: 8-10: Chuyển mạch T ghi ngẫu nhiên, đọc tuần tự - Đặc điểm chuyển mạch T + Trễ (độ trễ nhỏ hơn thời gian 1 khung); + Rẻ tiền; + Dung lượng bị giới hạn bởi thời gian ghi đọc bộ nhớ; + Chỉ thích hợp với tổng đài nhỏ.  Chuyển mạch không S: - Là loại chuyển mạch phục vụ sự trao đổi thông tin giữa hai tuyến PCM trong cùng khe thời gian. Nhóm 10: Vĩ, Sỹ, Tài , Thủy 11 Đề tài: Tìm hiểu và so sánh các kỹ thuật chuyển mạch: chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói Hình: 8-11: Chuyển mạch không gian S - Phương pháp thực hiện + Ma trận nxm, điểm thông được đặt ở giao điểm ngõ vào và ngõ ra. + Mỗi CM có R ô nhớ (số khe thời gian trong một khung) mang địa chỉ điểm thông trên cột. + Dung lượng CM: CCM = R.log2(n+1); + Dùng thêm 1 địa chỉ biểu thị tất cả điểm thông trên cột đều không nối Hình: 8-12: Ma trận chuyển mạch S - Điều khiển theo đầu ra + Xác định 1 trong n ngõ vào nối với đầu ra tương ứng. + Sử dụng các bộ ghép kênh logic số, bộ ghép kênh này hoạt động dưới sự điều khiển của các bộ nhớ CM. + Dựa vào thông tin trong CM, các bộ MUX chọn ngõ vào tương ứng để ghép ở đầu ra. + Dung lượng tổng cộng của các bộ nhớ: CΣCM = m.R.log2(n+1). Hình: 8-13: Điều khiển theo đầu ra - Điều khiển theo đầu vào + Xác định 1 trong n ngõ ra nối với đầu vào tương ứng. + Sử dụng các bộ tách kênh logic số, bộ tách kênh này hoạt động dưới sự điều khiển của bộ nhớ CM. + Dựa vào thông tin trong CM, các bộ DEMUX chọn ngõ ra tưng ứng để tách từ đầu vào. + Dung lượng tổng cộng của các bộ nhớ: CΣCM = n.R.log2(n+1). các Hình: 8-14: Điều khiển theo đầu vào - Đặc điểm chuyển mạch không gian S: + + + +  - Nhóm 10: Vĩ, Sỹ, Tài , Thủy Khả năng lớn (dung lượng lớn); Tin cậy; Chọn đường thuận tiện; Không sử dụng độc lập trong thực tế. Ghép các cấp chuyển mạch Chuyển mạch TS: 12 Đề tài: Tìm hiểu và so sánh các kỹ thuật chuyển mạch: chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói Hình: 8-15: Chuển mạch TS - Chuyển mạch STS: Hình: 8-16: Chuển mạch STS - Chuyển mạch TST: Hình: 8-17: Chuển mạch TST 2 Chuyển mạch bản tin (Message Switching): a. Khái niệm: Nhóm 10: Vĩ, Sỹ, Tài , Thủy 13 Đề tài: Tìm hiểu và so sánh các kỹ thuật chuyển mạch: chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói - Trong thực tế không có mạng chuyển mạch chuyên dụng cho chuyển mạch bản tin nhưng chúng ta vẫn thường nhận được các thông tin dưới dạng bản tin. Có thể hình dung nguyên lý chuyển mạch bản tin như sau: Tin tức cần truyền là bản tin sẽ được gửi đến node gốc kèm theo địa chỉ nguồn và địa chỉ đích. Node gốc lưu bản tin trong bộ nhớ của nó, lập kế hoạch chọn tuyền tới đích và gửi yêu cầu tới node kế tiếp theo kể hoạch chọn tuyến, khi node kế tiếp sẵn sàng tiếp nhận bản tin thì hai node tiến hành trao đổi bản tin cho nhau, cứ như vậy bản tin sẽ được truyền tới đích. Cũng có thể truyền bản tin theo các thuật truyền khác nhau, miễn sao bản tin tới được đích. Hình: 8-18: Mô hình nguyên lý chuyển mạch bản tin b. Nguyên lý hoạt động: - Không giống circuit switching, message switching không thiết lập liên kết dành riêng giữa hai thiết bị giao tiếp mà thay vào đó mỗi thông báo được xem như một khối độc lập bao gồm cả địa chỉ nguồn và địa chỉ đích. Mỗi thông báo sẽ được truyền qua các thiết bị trong mạng cho đến khi nó đến được địa chỉ đích, mỗi thiết bị trung gian sẽ nhận và lưu trữ thông báo cho đến khi thiết bị trung gian kế tiếp sẵn sàng để nhận thông báo sau đó nó chuyển tiếp thông báo đến thiết bị kế tiếp, chính vì lý do này mà mạng chuyển mạch thông báo còn có thể được gọi là mạng lưu và chuyển tiếp (store-and-forward network). - Kỹ thuật này có thể được lập trình với các thông tin về cách chọn đường hiệu quả nhất cũng như các thông tin về các thiết bị trung gian kế tiếp, có thể được sử dụng để chuyển tiếp thông báo cho tới đích, chính vì lý do này và vì điều kiện của mạng luôn thay đổi các thông báo có thể đi tới đích theo những con đường rất khác nhau. Thiết bị được sử dụng để thực hiện việc chuyển mạch thông báo thông thường là các PC, PC phải được chuẩn bị về chỗ trống để lưu giữ các thông báo cho đến khi các thông báo này được chuyển tiếp tới các thiết bị trung gian kế tiếp. Các thông báo có thể được lưu giữ trong bộ nhớ trong hoặc bộ nhớ ngoài và số lượng thông báo được lưu giữ phụ thuộc vào mức độ lưu thông qua nút đó. Một ví dụ điển hình về kỹ thuật này là email, nó được chuyển tiếp qua các nút cho đến khi tới được đích cần đến. c. Message switching có những ưu điểm sau: + Cung cấp một sự quản lý hiệu quả hơn đối với sự lưu thông của mạng. Bằng cách gán các thứ tự ưu tiên cho các thông báo ta có thể đảm bảo các thông báo có độ ưu tiên cao hơn sẽ được lưu chuyển thay vì bị trễ do quá trình lưu thông trên mạng. + Giảm sự tắc nghẽn trên mạng. Các thiết bị trung gian có thể lưu giữ các thông báo cho đến khi kênh truyền rỗi thay vì làm tăng thêm sự tắc nghẽn của mạng bằng cách cố truyền mọi thứ trong thời gian thực. + Tăng hiệu quả sử dụng kênh truyền, với kỹ thuật này các thiết bị có thể dùng chung kênh truyền, điều này làm tăng hiệu suất đường truyền do có số lượng dải thông có thể sử dụng lớn hơn. + Cung cấp phương thức truyền thông dị bộ xuyên thời gian (across time zone). Thông báo có thể được gửi mà không yêu cầu người nhận phải có mặt cùng lúc với quá trình gửi. + Nhược điểm của kỹ thuật này là độ trễ do việc lưu trữ và chuyển tiếp thông báo là không phù hợp với các ứng dụng thời gian thực, điểm yếu thứ hai là các thiết bị trung gian có thể phải có dung lượng bộ nhớ rất lớn để có thể lưu giữ các thông báo trước khi có thể chuyển tiếp nó tới một thiết bị trung gian khác. 3 Chuyển mạch gói (packet switching): d. Khái niệm chung: - Bản tin được chia thành các gói và được gắn được truyền cùng các tiếp đầu và tiếp cuối của gói, các tiếp đầu và tiếp cuối đó là các trường điều khiển để hướng dẫn các node của mạng đưa các g ói tới đích, kiểm soát lỗi và điều khiển lưu lượng. - Một bản tin có thể gồm nhiều gói, chúng có thể được truyền tới đích theo phương thức hướng liên kết (Connection-oriented) hoặc theo phương thức phi kết nối (Connectionless). Như thế các gói của một bản tin có thể được truyền theo cùng một tuyến qua các nút mạng hoặc cũng có thể được truyền trên các tuyến khác nhau. Thêm vào đó, trong quá trình truyền các gói có thể có lỗi, một vài gói phải truyền lại và do đó các gói có thể đến đích không theo thứ tự, các thiết bị mạng và thiết bị đầu cuối phải có khả năng kiểm soát và sắp xếp lại các gói để khôi phục lại bản tin tại đầu cuối thu. e. Đặc điểm chung của phương thức chuyển mạch gói: - Giảm được trễ tại các node và trong mạng; Nhóm 10: Vĩ, Sỹ, Tài , Thủy 14 Đề tài: Tìm hiểu và so sánh các kỹ thuật chuyển mạch: chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói - Xử lý lỗi và sửa lỗi hoặc truyền lại gói nhanh hơn so với chuyển mạch bản tin do đó giảm được lượng hông tin cần truyền lại, giảm tắc nghẽn và tăng tốc độ truyền tin cũng như khả năng phục vụ của mạng; - Có thể định tuyến cho từng gói hoặc cho tất cả các gói của cuộc gọi theo các thủ tục khác nhau. f. Nguên lý chuyển mạch gói Hình: 8-19: Mô hình chuyển mạch gói - Dữ liệu được chia thành nhiều gói nhỏ: + Thông thường là 1000 byte + Dữ liệu lớn được chia thành chuỗi các gói nhỏ để truyền - Mỗi gói được gán thêm địa chỉ cùng những thông tin điều khiển cần thiết. - Các gói khi đi vào trong một node được lưu vào trong bộ đệm cho đến khi được xử lý, sau đó xếp hàng trong hàng đợi chờ đến lúc có thể được truyền trên tuyến tiếp theo. - Việc lưu trữ gói tại mỗi node gây nên trễ nhưng đảm bảo việc truyền dẫn không lỗi và phương pháp truyền như vậy gọi là phương thức tích luỹ trung gian (store and forward). Hình: 8-20: Mô hình nguyên lý chuyển mạch gói - Cấu trúc các thành phần cơ bản của chuyển mạch gói: + DTE: Data Tterminal Equipment (Dữ liệu thiết bị đầu cuối); + DCE: Data Circuit Terminal Equitment (Dữ liệu mạch đầu cuối); + PSE: Packet Switching Exchange ( Tổng đài chuyển mạch gói); + MMC: Network Management Center (Trung tâm quản lý mạng). - Trạm chia thông báo dài thành nhiều gói nhỏ: + Từng gói được gởi lần lượt vào mạng; Nhóm 10: Vĩ, Sỹ, Tài , Thủy 15 Đề tài: Tìm hiểu và so sánh các kỹ thuật chuyển mạch: chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói Hình: 8-21: Các thành phần cơ bản của chuyển mạch gói + Kênh nối đã được thiết lập là kênh logic với các loại sau tuỳ thuộc vào các hình thái dịch vụ; + Các gói dữ được xử ly theo 4 cách sau :  Kênh ảo (VC: Virtual Circuit);  Kênh ảo vĩnh viễn (PVC: Permanent Virtual Circuit);  Gói dữ liệu (DG - Datagram);  Chọn nhanh (Fast Selection). - Kênh ảo (VC: Virtual Circuit): + Nối kết logic của kênh truyền được thiết lập trước khi truyền các gói gọi là kênh ảo VC. Kênh ảo VC gần giống như chuyển mạch kênh và kênh ảo sẽ được giải phóng khi kết thúc quá trình chuyển tin. + Cùng một thời gian thì một PSE có thể có nhiều VC đến một PSE khác. - Kênh ảo vĩnh viễn PVC (Permanent Virtual Circuit): + PVC là phương thức thiết lập kênh ảo cố định giữa hai thuê bao cho dù có truyền dữ liệu hay không. + PVC có thể được xem như việc thuê kênh riêng, trong kiểu này thì kênh dẫn được thiết lập một lần ở thời điểm khởi tạo và sẽ được giải phóng khihết nhu cấu sử dụng dịch vụ (hợp đồng). Call Reqest (Yêu câu gọi) Call Accepted (Chấp nhận cuộc gọi) Hình: 8-22: Kênh ảo Hình: 8-23: Minh họa kênh ảo - Gói dữ liệu (DG Datagram); + Không như kênh ảo, phương pháp này không cần thiết lập kênh logic cho các user. Các gói được đối xử một cách độc lập. PSE sẽ dựa vào địa chỉ đích mà định tuyến tới đích thích hợp của gói. Như vậy, khả năng các gói của cùng một bản tin sẽ đi bằng nhiều đường khác nhau; Nhóm 10: Vĩ, Sỹ, Tài , Thủy 16 Đề tài: Tìm hiểu và so sánh các kỹ thuật chuyển mạch: chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói + Kiểu này thích hợp đối với các bản tin ngắn, với các bản tin dài thì phải mất nhiều lần định tuyến, thời gian truyền trung bình của một bản tin là lớn và không hiệu quả; + Các gói có thể đến đích không theo thứ tự gởi; + Các gói có thể thất lạc trên đường đi; + Bên nhận phải sắp xếp lại các gói mất trật tự và khôi phục các gói thất lạc. - Chọn nhanh (Fast Selection): + Là sự kết hợp giữa VC là DG để tận dụng các ưu điểm của hai hình thái dịch vụ này; + Gói đầu tiên là DG, nếu bản tin gồm nhiều gói thì nó thiết lập kênh logic để các gói sau là VC. - So sánh Virtual Circuit Datagram + Sự trình tự và điều khiển lỗi ? + Thời gian trễ đễ truyền được một gói ? + Thời gian trễ đễ truyền các gói sau gói đầu tiên ? + Khả năng chịu lỗi ? + Tính linh động về đường đi ? Hình: 8-24: Minh họa kích thước gói - Vấn đề kích thước gói được minh họa như hình 3-24: Header (Nhãn, đầu, phần đầu) Data (dữ liệu) g. Giới thiệu Mạng chuyển mạch gói X.25 - Giới thiệu. + X.25 ITU-T là giao thức truyền đồng bộ qua giao tiếp DTE và DCE. + Nhiệm vụ của mạng là chuyển các gói đến đích đúng thứ tự và đúng địa chỉ. + Để đảm bảo không lỗi trong gói nhận được ở đích, X.25 tiến hành phát hiện và hiệu chỉnh lỗi. Hình 8-24: Mạng chuyển mạch gói X.25 Public Data Network (Mạng dữ liệu công cộng) - Đặc điểm + Phù hợp trong môi trường truyền dẫn chất lượng kém. + Băng thông hạn chế, tốc độ chuẩn của X.25 là 64kbps, tuy nhiên, ngày nay có một số mạng X.25 có băng thông đến 2Mbps…. Bảng các đặc điểm cơ bản của mạng chuyển mạch gói X.25 4 Ứng dụng: a. Chuyển mạch kênh: - Ứng dụng trong các hệ thống đòi hỏi thông tin tức thời, các hệ thống cần độ trung thực cao như các tổng đài điện thoại, điện báo, điện đàm và các hệ thống đòi hỏi thời gian thực … như: PSTN, CSPDN, ISDN… b. Chuyển mạch bản tin: Nhóm 10: Vĩ, Sỹ, Tài , Thủy 17 Đề tài: Tìm hiểu và so sánh các kỹ thuật chuyển mạch: chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói - Ứng dụng các hệ thống điện tín, thư điện tử (Email), tin nhắn (Messeger), file … c. Chuyển mạch gói - Ứng dụng tryền số liệu như mạng GPRS … 5 So sánh: Chuyển mạch kênh, chuyển mạch bản tin, chuyển mạch gói: Bảng so sánh chuyển mạch kênh, chuyển mạch bản tin, chuyển mạch gói Danh mục so sánh 1. Đặc điểm 2. Phương thức 3. 4. 5. 6. Chuyển mạch kênh - Thực hiện trao đổi thông tin giữa các người dùng (user) trên trục thời gian thực; - Các người dùng làm chủ kênh dẫn trong suốt quá trình trao đổi thông tin; - Hiệu suất thấp; - Yêu cầu độ chính xác thông tin cao; - Nội dung trao đổi không mang thông tin địa chỉ; - Khi lưu lượng tăng đến ngưỡng nào đó thì cuộc gọi mới có thể bị khóa, mạng từ chối mọi yêu cầu kết nối mới đến khi có thể - Là loại chuyển mạch phục vụ sự trao đổi thông tin bằng cách cấp kênh dẫn trực tiếp giữa các đối tượng sử dụng; - Xử lý cuộc gọi tiến hành qua 3 giai đoạn: + Thiết lập đường dẫn dựa vào như cầu trao đổi thông tin; + Duy trì kênh dẫn trong suốt thời gian trao đổi thông tin. + Giải phóng kênh dẫn khi đối tượng sử dụng hết nhu cầu trao đổi. - Trễ do quá trình thiết lập, nhưng thời gian trễ trong quá Độ trễ trình truyền không đáng kể có thể coi như bằng không. - Loại chuyển mạch kênh hỗ trợ truyền thoại tốc độ tháp Tốc độ: với tốc độ 64 Kbit/s bằng với tốc độ tạo tín hiệu cơ sở PCM - Giành riêng; - Đường truyền dẫn được thiết Đường truyền lập cho toàn bộ quá trình trao đổi thông tin. Cách thức - Truyền liên tục truyền dữ liệu Chuyển mạch bản tin Chuyển mạch gói - Không có mối liên hệ thời gian thực giữa các người dùng (user); - Kênh dẫn không dành riêng cho các user (dùng chung đường truyền); - Hiệu suất cao; - Yêu cầu độ chính xác; - Nội dung trao đổi có địa chỉ; Vẫn chập nhậ cuộc goi mới trong khi lưu lượng mạng đang cao. - Trao đổi thông tin không theo thời gian thực nhưng nhanh hơn chuyển mạch tin; - Đối tượng sử dụng không làm chủ kênh dẫn; - Hiệu suất cao; - Việc kiểm tra lỗi từng chặng là đảm bảo gói truyền không lỗi nhưng lại làm giảm tốc độ truyền gói qua mạng. - Băng thông thấp, tốc độ thấp - Phù hợp vớ mạng truyền dẫn chất lượng thấp. - Là loại chuyển mạch phục vụ sự trao đổi thông tin giữa các bản tin như điện tín, thư điện tử, file. - Thiết bị đầu cuối gởi đến node chuyển mạch bản tin mang thông tin địa chỉ đích. - Tại đây, bản tin được thu nhận, xử lý (chọn đường) rồi sắp hàng chờ truyền đi. Phương pháp này gọi là store and forward. - Là lại chuyển mạch phục vụ truyền số liệu, các bản tin được chia thành các gói với chiều dài xác định, mỗi gói có phần header mang thông tin địa chỉ, điều khiển và thứ tự gói; - Mỗi gói đi qua các node được tiến hành theo phương pháp store and forward như chuyển mạch tin; - Tại đầu thu tiến hành xử lý và sắp xếp các gói trở lại. - Có : Td = tnhận + txử lý + tsắp hàng - Có: Trễ truyền các gói - - - Tốc độ truyền tối đa là 2 Mbit/s - Không giành riêng; - Không giành riêng; - Đường truyền được thiết lập cho - Đường truyền được thiết lập mỗi bản tin. cho mỗi gói. - Truyền theo bản tin - Truyền theo gói - Thông báo có thể được lưu trữ - Thông báo có thể được lưu trữ cho đến khi đến phần phát - Không được lưu trữ; cho đến khi đến phần phát (đích); 7. Thông báo (đích); - Tín hiệu bận nếu bên nhận - Người gởi có thể được thông không sẵn sàng. - Người gởi được thông báo nếu báo nếu các bản không được các gói không được phân phát. phân phát. - Quá tải sẽ khóa việc thiết lập; - Quá tải sẽ tăng thời gian trễ của - Quá tải có thể khóa việc thiết 8. Quá tải: không trễ khi đường truyền bản tin lập; tăng thời gian trễ của gói đã được thiết lập - Người dùng (User) chịu trách - Mạng có thể chịu trách nhiệm 9. Chịu trách - Mạng có thể chịu trách nhiệm nhiệm khi các thông báo bị cho các gói đơn lẻ, một chuỗi nhiệm cho các bản tin lẻ thất lạc các gói - Thường không cần chuyển 10. Chuyển đổi - Chuyển đổi tốc độ và bảng mã - Chuyển đổi tốc độ và bảng mã đổi tốc độ và bảng mã 11. Sử dụng - Truyền dẫn băng thông cố - Linh động sử dụng băng thông - Linh động sử dụng băng thông băng thông định 12.Chi phí dữ - Không tốn chi phí dữ liệu sau - Tốn kém dữ liệu cho mỗi bản - Tốn kém dữ liệu cho mỗi gói liệu: khi thiết lập tin 18 Nhóm 10: Vĩ, Sỹ, Tài , Thủy Đề tài: Tìm hiểu và so sánh các kỹ thuật chuyển mạch: chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói 13.Ứng dụng - Ứng dụng trong các hệ thống đòi hỏi thông tin tức thời, các hệ thống cần độ trung thực - Ứng dụng các hệ thống điện tín, cao như các tổng đài điện - Ứng dụng tryền số liệu như thư điện tử (Email), tin nhắn thoại, điện báo, điện đàm và mạng GPRS … (Messeger), file … các hệ thống đòi hỏi thời gian thực … như: PSTN, CSPDN, ISDN… PHẦN 3: KẾT LUẬN 1 CÁC VẤN ĐỀ ĐẠT ĐƯỢC: - Qua quá trình nghiên cứu, tìm hiểu về kỹ thuật chuyển mạch, nhóm em đã thực sự hiểu sâu, rộng về mạng viễn thông, sự kết nối truyền thông trong mạng, đề tài đã giúp nhóm em nắm vững về cơ bản các kỹ thuật chuyển mạch trong mạng viễn thông nói chung, kỹ thuật truyền số liệu nói riêng. - Các cơ sở chuyển mạch rất quạn trọng đối với viễn thông, là trái tim của các tổng đài trong mạng viễn thông; - Sự ra đời của các công nghệ chuyển mạch điều khiển tự động, số… đã cải thiện tối đa về tính trung thực, tốc độ kết nối thông tin và truyền thông; - Thu hẹp khoảng cách giữa các người dùng, thuận tiện và không thể thiếu trong cuộc sống; - Thông qua tìm hiểu đề tài này bản thân chúng em tự thấy rằng mình còn phải cố gắng rất nhiều, cần phải trang bị cho mình nhiều kiến thức để có thể hiểu sâu, rộng hơn nữa. Với sự phát triển của công nghệ thông tin như hiện nay, nếu chúng ta không trang bị cho mình những kiến thức cơ bản và tiếp thu những kiến thức mới thì chúng ta sẽ không theo kịp sự phát triển ngày càng nhanh của công nghệ trên thế giới nói chung và trong nước ta nói riêng. - Với đề tài đã được trình bày trong bài tập của nhóm, mặc dù chỉ dừng ở mức tìm hiểu, nhưng chúng em khẳng định rằng sau khi làm bài tập này đã giúp chúng em có thêm kiến thức tổng quan về các kỹ thuật chuyển mạch và tầm quan trọng của kỹ thuật chuyễn mạch trong mạng viễn thông và việc truyền dữ liệu, số liệu... - Tuy chúng em đã cố gắng tìm hiểu tham khảo nhiều tài liệu nhưng do kiến thức của đề tài rất rộng chúng em chưa hoàn toàn hiểu hết được, vì thế trong quá trình thực hiện chúng em không thể tránh khỏi thiếu sót. Mong cô và các bạn góp ý thêm cho đề tài được hoàn thiện hơn. 2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN - Cần nghiên cứu, trang bị nhiều kiến thức hơn nữa để bổ sung cho đề tài được tốt hơn; - Cần phải hoàn thiện thêm một số kiến thức chuyên sâu về các kỹ thuật chuyển mạch; - Cần phải bố cụ lại cách trình bày cho hợp lý hơn. - Cần bổ sung các phần thông tin điều khiển và báo hiệu, phần mềm. Nhóm 10: Vĩ, Sỹ, Tài , Thủy 19 Đề tài: Tìm hiểu và so sánh các kỹ thuật chuyển mạch: chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. 2. 3. 4. 5. Kỹ thuật chuyển mạch (Mai Văn Quý, Nguyễn Hữu Kiên, Nguyễn Văn Giáo - Học viện Kỹ Thuật Quân Sự) Cơ sở kỹ thuật chuyển mạch và tổng đài ( Nguyễn Hồng Sơn – NXB Giáo dục) Giáo trình kỹ thuật chuyển mạch và tổng đài số (Nguyễn Thanh Hà – NXB Khoa học Kỹ thuật) Giáo Trình Chuyển Mạch Kỹ Thuật Số (Nguyễn Văn Điềm –NXB Hà Nội) Giới thiệu chung về chuyển mạch quang - Optical Switching (ThS Nguyễn Bá Hưng - Tạp chí Bưu chính Viễn thông) 6. www.ebook.edu.vn 7. http://www.e-ptit.edu.vn 8. http://tailieu.vn 9. http://xbook.com.vn 10. http://www.tapchibcvt.gov.vn/News/PrintView.aspx?ID=15829 Nhóm 10: Vĩ, Sỹ, Tài , Thủy 20